新工艺帮助3D打印的金属部件承受高温环境

虽然3D打印技术在生产复杂金属部件方面展现出强大的能力，但其在应对机械应力和高热时的表现始终让人担忧。金属在承受长期机械应力和高热时容易发生的蠕变现象，成为了一个巨大的挑战。尤其在由细晶粒组成的金属中，蠕变的问题尤为突出，因为金属材料的晶粒大小对材料的性能具有决定性的影响。而许多通过先进3D打印技术制造的金属部件，都属于这一类。一项来自麻省理工学院的新技术的突破可能很快解决这个问题。在Zachary Cordero教授的领导下，他的团队开创了一种全新的热处理工艺。这种工艺使得金属晶粒变大，从而减少了蠕变的可能性。这是基于定向再结晶技术的改进和创新。实验室的测试阶段中，研究者们首先把一根经过3D打印的镍合金棒浸入一个感应线圈正下方的室温水浴中。随后，他们以不同的速度和温度将这根棒缓慢地通过线圈向上拉拽。这个过程使得金属内部产生了陡峭的热梯度，而这种热梯度正是让金属微观晶粒变大为“柱状”晶粒的关键所在。新的柱状晶粒形态像柱子一样与金属内部的应力轴线对齐，显著提升了金属的抗压性和抗蠕变性能。在这项技术中，最佳的工艺条件是加热至大约1235摄氏度，并以每小时2.5毫米的速度进行拉伸。科学家们正在努力提高拉伸速度，并发现不同的金属可能需要不同的工艺参数。重要的是，这种工艺允许根据特定需求调整温度和速度，可以在单个项目中改变晶粒结构以适应不同的应用需求。这项技术特别适用于承受高机械应力和热负荷的结构部件，比如燃气轮机或喷气发动机的叶片等部件。如果这一技术在这些应用中成功抑制蠕变现象的发生，那么它可能开辟一个新的时代，使工程师能够设计更复杂、更高效、更可靠的结构部件。Zachary Cordero表示：“新的叶片和风向标设计将带来陆基燃气涡轮机和航空发动机的节能效益。从基线角度看，这有望降低二氧化碳排放并提高设备的效率。”这项创新技术的研究成果已经发表在《增材制造》杂志上，标志着这一领域的重要进展。