2024年2月8日，重慶大學(xué)材料學(xué)院黃曉旭教授團(tuán)隊(duì)與澳大利亞昆士蘭大學(xué)Matthew S. Dargusch教授團(tuán)隊(duì)合作，在《Science》上發(fā)表題為“Ultra-uniform, strong, and ductile 3D printed titanium alloy through bifunctional alloy design”的研究成果。此前，重慶大學(xué)在材料科學(xué)領(lǐng)域已有6篇論文發(fā)表在《Science》和《Nature》上。
論文發(fā)表頁(yè)面
3D打?。ㄔ霾闹圃欤┙饘俨牧贤ǔ３尸F(xiàn)粗大的柱狀晶和不均勻分布的組成相。這樣的組織結(jié)構(gòu)不僅導(dǎo)致構(gòu)件的力學(xué)性能呈現(xiàn)不均勻性，同時(shí)也會(huì)降低構(gòu)件的力學(xué)性能。對(duì)于常用金屬材料（例如亞穩(wěn)態(tài)β鈦合金、可熱處理鋁合金以及鎳基高溫合金等），其3D打印構(gòu)件普遍出現(xiàn)柱狀晶與不均勻分布相的共存現(xiàn)象，從而對(duì)獲得均勻且優(yōu)異的力學(xué)性能提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。
針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)提出一種“一箭雙雕”的合金設(shè)計(jì)策略。采用Ti?5Al?5Mo?5V?3Cr（簡(jiǎn)稱(chēng)Ti-5553）作為模型合金，通過(guò)添加鉬（Mo）納米顆粒，實(shí)現(xiàn)了單一添加物的雙重功能性：(1) 在凝固過(guò)程，未完全溶解的鉬顆粒通過(guò)晶粒細(xì)化消除柱狀晶組織；（2）在固態(tài)相變過(guò)程，溶解的鉬抑制有害相的析出。這種雙功能添加物引起的微觀組織變化不僅促使模型合金獲得高度均勻的力學(xué)性能，還同時(shí)提高了模型合金的強(qiáng)度和塑性。該研究展現(xiàn)如何通過(guò)單一添加消除3D打印金屬材料的不利組織，為直接獲得所需合金的打印力學(xué)性能提供了思路。
Mo納米顆粒的添加顯著提高了3D打印Ti-5553合金的力學(xué)性能及其均勻性
