快科技9月2日消息，據(jù)媒體報(bào)道，中國科學(xué)院金屬研究所近期成功研發(fā)出一種新型3D打印后處理技術(shù)，制備出擁有“全能”抗疲勞性能的鈦合金材料，刷新了金屬材料抗疲勞性能的世界紀(jì)錄。

這項(xiàng)具有突破性的研究是由該所張哲峰與張振軍研究員團(tuán)隊(duì)完成的，相關(guān)成果論文已發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Science Advances》上。該技術(shù)為3D打印在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用掃除了一個關(guān)鍵障礙，也就是打印件疲勞性能較差的問題。

3D打印技術(shù)憑借其能夠輕松制造復(fù)雜、輕量化金屬構(gòu)件的能力，在新一代飛機(jī)、航天器等高端裝備中具有極大的應(yīng)用潛力。不過，傳統(tǒng)3D打印金屬零件存在明顯的短板，在反復(fù)受力后容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，這嚴(yán)重限制了其在關(guān)鍵承壓場景下的使用。

研究中提到的“全能”抗疲勞，指的是材料在各種應(yīng)力比條件下都能表現(xiàn)出卓越的抗疲勞性能，也就是能夠抵抗循環(huán)載荷而不發(fā)生破壞。

2024年初，該團(tuán)隊(duì)發(fā)明了一種名為“凈增材制造”（Net - AM preparation，NAMP）的新工藝，能夠精確控制材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)及缺陷。利用該工藝制備的常用鈦合金Ti - 6Al - 4V，成功同時消除了微孔和粗大組織，而這兩者正是引發(fā)疲勞破壞的主要因素。新材料在“拉 - 拉”循環(huán)應(yīng)力條件下，其“比疲勞強(qiáng)度”（強(qiáng)度與密度之比，是評價輕質(zhì)材料疲勞性能的關(guān)鍵指標(biāo)）打破了世界紀(jì)錄，首次證明3D打印材料也可以具備頂尖抗疲勞能力。

在現(xiàn)實(shí)中，像飛機(jī)發(fā)動機(jī)葉片、起落架等部件受力情況復(fù)雜，不僅存在“拉 - 拉”狀態(tài)，還包括“拉 - 壓”等多變應(yīng)力比條件，而傳統(tǒng)鈦合金微觀組織往往只在特定應(yīng)力比下表現(xiàn)良好。研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)分析，識別出鈦合金中多種易導(dǎo)致疲勞裂紋的薄弱結(jié)構(gòu)及其激活條件，并利用NAMP工藝制備出幾乎無孔洞的3D打印組織，同時優(yōu)化了所有這些薄弱環(huán)節(jié)，使材料能夠在全應(yīng)力比條件下都保持高疲勞強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，這種“全能”抗疲勞鈦合金在不同應(yīng)力比的疲勞測試中，“比疲勞強(qiáng)度”全面超越了已知的所有金屬材料，展現(xiàn)出前所未有的綜合性能。

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