中科院金屬所開發(fā)出新型3D打印鈷基超級(jí)合金，性能飆升！

3D打印技術(shù)參考注意到，《ScriptaMaterialia》期刊近日發(fā)表了中科院金屬所關(guān)于“一種用于增材制造的新型高性能Co-Al-W基高溫合金”的研究成果。研究人員采用激光定向能量沉積（L-DED）技術(shù)制備出高γ′含量的鈷基高溫合金ZGH688，該合金具有優(yōu)異的抗開裂性和力學(xué)性能。

與現(xiàn)有的其他Ni/Co基超合金相比，3D打印制備的新Co-Al-W基高溫合金在室溫和高溫下均表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能，遠(yuǎn)高于同類技術(shù)制造的GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金。這項(xiàng)工作展示了新型Co-Al-W基高溫合金在增材制造中的巨大應(yīng)用潛力，特別是在高溫應(yīng)用領(lǐng)域。

目前，在高溫合金的增材制造領(lǐng)域中主要以鎳基高溫合金的研究占主導(dǎo)，因?yàn)樗秋w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)熱段中渦輪機(jī)葉片等結(jié)構(gòu)部件的*材料。與鎳基合金相比，鈷基高溫合金顯示出更好的可焊性，因此降低了3D打印工藝過程中的裂紋敏感性。其中鈷基超合金被認(rèn)為是鎳基合金在高溫結(jié)構(gòu)和功能應(yīng)用中的*有前途的替代品。根據(jù)3D打印技術(shù)參考的日常總結(jié)，GE9X的燃油噴嘴、導(dǎo)流器、燃燒室混合器、T25傳感器外殼等，均使用鈷基合金3D打印。

獨(dú)特的兩相結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的抗裂性能

研究人員在L-DEDZGH688高溫合金中獲得了高立方γ'相和極窄γ基體通道的獨(dú)特兩相結(jié)構(gòu)。γ'相的體積分?jǐn)?shù)為77.5±5.5%，超過了其他典型的增材制造Ni/Co合金。同時(shí)，γ′相的邊長為47.7±7.6nm，具有良好的立方度。

除此之外，在L-DED制造的Co基合金中，位錯(cuò)與γ'相的相互作用對(duì)抗裂性能的影響優(yōu)于Ni基高溫合金，這主要?dú)w因于兩個(gè)方面：分別為較低的熱應(yīng)力和位錯(cuò)密度以及通過高體積分?jǐn)?shù)的γ'相彌散分布而使應(yīng)力分布均勻。

3D打印性能遠(yuǎn)高于其他增材制造高溫合金

研究人員對(duì)該高溫合金制備完成后的機(jī)械性能進(jìn)行了評(píng)估，ZGH688在室溫下出現(xiàn)了應(yīng)變硬化，在高溫拉伸過程中出現(xiàn)軟化，其極限抗拉強(qiáng)度（UTS）遠(yuǎn)高于其他增材制造高溫合金，如GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金。

在室溫下，ZGH688的拉伸強(qiáng)度為1464MPa，斷裂延伸率為20%。盡管其塑性低于GH5188，但抗拉強(qiáng)度表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。同時(shí)，ZGH688在高溫下表現(xiàn)出比大多數(shù)增材制造制備的高溫合金更高的屈服強(qiáng)度和延展性，在900℃和1000℃下，ZGH688合金的屈服強(qiáng)度分別為597MPa和287MPa，塑性分別為32%和48%。

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總之，這種新型的抗裂Co-Al-W基高溫合金ZGH688具有優(yōu)異的力學(xué)性能，可應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)。其內(nèi)部γ′-Co3(Al，W)相的體積分?jǐn)?shù)占比幾乎是普通鎳基合金的2倍。盡管γ′的含量較高，但Co、Ta、Al、W和Ni元素的合理配比使Co-Al-W基合金體系具有較小的MSAC、SAC和SCI值，使ZGH688表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能。這些發(fā)現(xiàn)表明新開發(fā)的Co-Al-W基超合金在增材制造領(lǐng)域具有巨大的潛力。