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3D打印能輕松制造出結(jié)構(gòu)復雜、輕量化的金屬零件，這對于追求減重和一體化的新一代飛機、航天器等高端裝備來說，極具吸引力。但3D打印的金屬零件普遍存在一個“硬傷”——疲勞性能差，即反復受力后容易產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，嚴重限制其關(guān)鍵應(yīng)用。近日，中國科學院金屬研究所研究員張哲峰、張振軍團隊研發(fā)出一種新型3D打印后處理技術(shù)。通過該技術(shù)制造出的鈦合金材料在各種應(yīng)力比條件下都表現(xiàn)出前所未有的抗疲勞能力，其綜合疲勞性能全面超越所有已知金屬材料，為3D打印技術(shù)在高精尖領(lǐng)域的應(yīng)用掃除了一個重大障礙。相關(guān)研究成果發(fā)表于《科學進展》。2024年初，該團隊發(fā)明了一種NAMP新工藝，能精確控制材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)和缺陷。用這種工藝制備的一種最常用鈦合金Ti-6Al-4V，可同時消除微孔和粗大組織，此二者都是導致疲勞的元兇。這種新材料在“拉-拉”應(yīng)力比條件下，打破了“比疲勞強度”的世界紀錄。但飛機發(fā)動機葉片、起落架等現(xiàn)實中的零件，受力情況非常復雜，不但存在“拉-拉”，也存在“拉-壓”等情況，即應(yīng)力比在變化。不同應(yīng)力比會引發(fā)材料內(nèi)部不同的損壞機制。傳統(tǒng)的鈦合金微觀組織結(jié)構(gòu)往往“偏科”——只在某些特定的應(yīng)力比下表現(xiàn)出好的一面，換另一種應(yīng)力比就可能表現(xiàn)不佳。這使得制造一種能“通吃”所有工況的材料變得非常困難。面對這個更復雜的難題，研究團隊揭示了鈦合金中幾種容易導致疲勞開裂的薄弱環(huán)節(jié)，以及它們在哪種受力模式下會“發(fā)作”。他們利用NAMP工藝制造了近乎無孔洞的3D打印組織，可以同時優(yōu)化所有薄弱環(huán)節(jié)，這種3D打印鈦合金具備在全應(yīng)力比條件下保持高疲勞強度的特性。實驗數(shù)據(jù)表明，在不同應(yīng)力比疲勞測試中，這種新材料的疲勞強度不僅超過所有鈦合金，其“比疲勞強度”也全面優(yōu)于所有金屬材料，刷新了世界紀錄。相關(guān)論文信息：https:// doi.org /10.1126/sciadv.ady0937（原載于《中國科學報》 2025-09-02 第1版 要聞）