本報訊（記者沈春蕾）中國科學院金屬研究所研究員張哲峰團隊制備出具有高抗疲勞性能的印鈦3D打印鈦合金材料，使3D打印鈦合金疲勞強度突破世界紀錄。合金相關研究成果2月29日發表于《自然》。疲勞破紀

3D打印技術是強度一種快速成型技術，采用激光或電子束把粉末狀金屬或塑料等可黏合材料逐層打印，錄新以構造物體或產品。聞科已有研究發現，學網3D打印材料在循環載荷下的印鈦抗疲勞破壞的性能普遍較差，嚴重制約了其作為結構承力件的合金廣泛應用。

張哲峰告訴《中國科學報》，疲勞破紀他們團隊認為，強度理想狀態下3D打印技術直接制備出的錄新鈦合金組織，又稱Net-AM組織，聞科本身應該具有天然的學網超高疲勞性能。然而，印鈦打印過程中產生的氣孔等缺陷，掩蓋了組織自身的抗疲勞優點，成為限制其實際工程應用的短板。

傳統工藝通過消除氣孔等缺陷來提高材料的疲勞性能，這也是大多數研究者采取的措施。張哲峰帶領團隊從2019年開始研究3D打印鈦合金的疲勞性能，他們發現，采用熱等靜壓工藝消除打印氣孔的同時，會破壞3D打印材料的原始組織，導致材料疲勞性能沒有明顯提高。為此，他們提出一個創新思路——把經過熱等靜壓消除氣孔的組織再處理，調整到3D打印原始組織狀態，恢復其天然高疲勞性能。然而，如何將組織調整到3D打印原始組織狀態是他們面臨的新問題。

嘗試大量不同處理工藝后，張哲峰團隊發現，3D打印的Ti-6Al-4V合金晶界擴散、缺陷消失和相變過程可以在不同工藝窗口實現。以此為基礎，他們發明了缺陷與組織分步調控的NAMP新工藝，最終制備出幾乎無氣孔的近Net-AM組織鈦合金。該Ti-6Al-4V合金拉-拉疲勞強度從原始打印態的475兆帕最終提升至978兆帕，疲勞強度翻倍。這種近Net-AM組織的Ti-6Al-4V合金不僅在所有鈦合金材料中具有最高的拉-拉疲勞強度，而且在目前已報道的材料疲勞數據中，具有最高的比疲勞強度（疲勞強度除以密度）。

“這項成果更新了人們以往對3D打印材料疲勞性能不高的固有認識，展現了3D打印材料作為結構承力件在航空航天等重要領域的廣闊應用前景。”張哲峰說。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-024-07048-1