9.16日，3D打印技術(shù)參考注意到，澳大利亞莫納什大學(xué)增材制造中心的研究團隊聯(lián)合上海理工大學(xué)、中科院金屬所、澳大利亞國立大學(xué)、澳大利亞迪肯大學(xué)以及美國俄亥俄州立大學(xué)利用3D打印技術(shù)實現(xiàn)了現(xiàn)有商用鈦合金（BetaC合金，國內(nèi)牌號TB9）力學(xué)性能的大幅提升，使其達到現(xiàn)有所有3D打印金屬中最高的比強度。

　　研究人員對SLM制造的鈦合金進行了兩種不同溫度的直接時效熱處理，（480°C和520°C熱處理），實現(xiàn)了驚人的強度。經(jīng)過480°C后熱處理后，極限抗拉強度達到了1611MPa ，并保持了5.4%的均勻伸長率。這種強度高于迄今為止報道的所有3D打印鈦合金、鋼、鋁合金以及鎳基高溫合金。此外，這種合金的強度和延展性可以通過調(diào)整熱處理方案來調(diào)控，從而滿足特定應(yīng)用需求。

　　相關(guān)研究成果以題 “Ultrastrong Nano-twinned Titanium Alloys through Additive Manufacturing” 發(fā)表在Nature materials上。論文的共同通訊作者為莫納什大學(xué)黃愛軍教授、朱玉滿博士和上海理工大學(xué)王皞教授，共同第一作者為莫納什大學(xué)朱玉滿博士、張坤博士和中科院金屬所的孟智超博士研究生，中科院金屬所的楊銳教授和上海理工大學(xué)張愷副教授為共同作者。

　　論文鏈接：

　　https://doi.org/10.1038/s41563-022-01359-2

　　A380、A350、B777、B787等最新型的民用飛機以及我國自行研制的民用飛機C919機體上鈦合金的用量達到了10%左右，每架飛機鈦合金零件的總重量達到5~25噸。當前，“鑄錠熔煉-棒材開坯鍛造-零件毛坯模鍛-零件機加工”是航空大型承力鈦合金結(jié)構(gòu)件的典型制造方法，盡管已成熟應(yīng)用多年，但是存在工序多、機加工量大的問題，造成材料成本高、加工成本高、制造和資金占用周期長，極大地影響了鈦合金零件的制造成本與供貨周期。

　　激光粉末床熔融（LPBF）是在民用航空領(lǐng)域中已經(jīng)獲得應(yīng)用的一種3D打印技術(shù)。SLM制造的高溫合金燃油噴嘴已經(jīng)在CFM LEAP發(fā)動機中批量使用，SLM制造的三十余項Ti-6Al-4V鈦合金艙門零部件已經(jīng)在C919飛機機體裝機應(yīng)用。挪威Norsk Titanium公司在2010年開發(fā)了快速等離子沉積（RDP，即等離子弧WAAM）設(shè)備，該公司的鈦合金RDP技術(shù)于2016年獲得了美國聯(lián)邦航空管理局（FAA）的技術(shù)成熟度8級認證，已向波音公司交付多批經(jīng)過FAA認證的熔絲增材制造Ti-6Al-4V鈦合金結(jié)構(gòu)件，形成工業(yè)化應(yīng)用能力。隨著航空航天領(lǐng)域?qū)τ趶?fù)雜構(gòu)件性能要求的提升，對用于關(guān)鍵承載構(gòu)件的鈦合金（包括具有潛在應(yīng)用前景的3D打印鈦合金）的力學(xué)性能提出了更高的要求。

　　研究人員利用3D打印工藝獨特的熱循環(huán)和快速凝固特點，在材料中形成致密、穩(wěn)定和多重內(nèi)部孿晶的獨特納米沉淀微觀組織結(jié)構(gòu)，從而獲得前所未有的拉伸強度，并提出了一種全新的現(xiàn)有商業(yè)鈦合金沉淀強化方法，可直接用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的部件，并可能應(yīng)用于目前還無法實現(xiàn)的3D打印承載結(jié)構(gòu)件制造，拓寬現(xiàn)有商用3D打印鈦合金在航空航天工業(yè)中的應(yīng)用，并避免了航空航天領(lǐng)域?qū)π滦秃辖鸬陌嘿F、耗時長的認證和研究過程。

　　通過L-PBF 3D打印以及后續(xù)熱處理制備的商用Beta-C鈦合金的拉伸性能（ a. 480°C/6h和520°C/3 h下，打印態(tài)和熱處理后樣品的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線。b. LPBF Beta-C合金在后熱處理后的比強度和均勻伸長率 (UE) 之間的相關(guān)性，并與3D打印的其他高強度鈦合金、鋼、鋁和鎳基高溫合金的對比）

LPBF 打印態(tài)和熱處理后Beta-C 鈦合金的微觀結(jié)構(gòu)

密集螺旋位錯周圍納米孿晶沉淀的分子動力學(xué)模擬

　　總之，通過3D打印配合熱處理，可以通過形成高密度內(nèi)部孿晶納米沉淀物來實現(xiàn)超高強度鈦合金制造。盡管在純金屬中實現(xiàn)致密的納米孿晶可以實現(xiàn)很高的強度和足夠的延展性，但此前在任何合金中都沒有報道過這種內(nèi)部孿晶納米沉淀物。這項研究表明，可以利用3D打印固有的熱循環(huán)和快速凝固來實現(xiàn)獨特的沉淀微觀結(jié)構(gòu)，獲得卓越的機械性能。值得注意的是，這項工作已經(jīng)在當前的商業(yè)鈦合金中實現(xiàn)。此外，通過3D打印后熱處理獲得的微觀結(jié)構(gòu)被證明在具體的使用環(huán)境中具有熱循環(huán)和應(yīng)力穩(wěn)定。