我国科学家研制出具有高抗疲劳性能的3D打印钛合金

近期，中国科学院金属研究所张哲峰研究员团队制备出具有高抗疲劳性能的3D打印钛合金材料。该项研究成果2月29日发表在《自然》杂志上。

3D打印因其得天独厚的自由成形能力极大地满足了高端装备和构件对高集成性、轻量化、一体化的需求，具有广阔的应用前景。然而，与传统制造技术相比，3D打印的材料在循环载荷下的疲劳性能普遍较差，严重制约了其在航空航天领域的广泛应用。

中国科学院金属研究所研究人员发现，理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金组织本身应具有天然的超高疲劳性能，而打印过程中产生的气孔等缺陷掩盖了其自身组织抗疲劳的优点，导致3D打印材料疲劳性能大幅降低。然而，目前消除气孔的工艺往往伴随组织粗化，而细化组织的处理又会带来气孔复现，可谓进退两难。

TC4钛合金（Ti-6Al-4V）是一种应用广泛的钛合金。研究人员在对其进行试验时发现，高温下3D打印态组织的晶界迁移及气孔长大与相转变过程表现出不同步的特性。这意味着，存在一个宝贵的热处理工艺窗口，既可实现板条组织细化，又能有效抑制气孔复现。为此，研究人员发明了缺陷与组织分步调控的新工艺，最终制备出几乎无气孔的新型钛合金，其在典型条件下的疲劳强度增幅高达106%。

这项成果更新了人们以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识，有望促进3D打印材料在航空航天等领域的进一步应用。（记者王莹）