2024年3D打印技術(shù)領域第一篇Nature文章于2月27日發(fā)表。來自中國科學院金屬研究所的研究團隊發(fā)表了題為“High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing”的文章。

文章認為，3D打印的基礎微觀結(jié)構(gòu)具有天然高抗疲勞性，而該性能的降低可能是微孔的存在造成的。常規(guī)消除微孔的努力往往造成組織粗化，而組織再細化的過程又會帶來氣孔復現(xiàn)，甚至引發(fā)晶界α相富集等新的不利因素，使微觀結(jié)構(gòu)的進退努力兩難。
中科院團隊在進行熱處理研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了一個關鍵的后處理工藝窗口，高溫下3D打印鈦合金的相變和晶粒生長具有異步性。只要有足夠的過熱度，就會立即發(fā)生α到β相的轉(zhuǎn)變，而雖然已經(jīng)到達了β相的生長溫度，但晶界需要一段孕育期來重新排列。利用這一寶貴的熱處理窗口，研究人員確定了熱等靜壓與高溫短時間處理相結(jié)合的熱處理方法，既實現(xiàn)了組織細化，又防止了α相富集以及微孔的重新出現(xiàn)，最終制備出幾乎無微孔的近打印態(tài)3D打印鈦合金。

具有該微觀結(jié)構(gòu)的TC4鈦合金實現(xiàn)了約1GPa的高疲勞極限，超過了當前所有增材制造和鍛造鈦合金以及其他金屬材料的抗疲勞性。