采用激光增材制造技术3D打印镍单晶

2022年7月20日
来源:ASM Ibeplay体育官网地址nternational

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日本国立材料科学研究所(NIMS)和大阪大学工程研究生院通过大半径平顶激光束(即在光束横截面上强度均匀的激光束)照射镍粉，成功地制造出了只有极少数晶体缺陷的镍单晶。该技术可用于制造各种单晶材料，包括用于喷气发动机和燃气轮机的耐热材料。

以前的研究已经报道了使用电子束增材制造可以制造单晶。然而，这项技术需要昂贵的设备，而且由于需要制造真空，其操作成本也很高，限制了它的广泛应用。虽然激光增材制造可以使用更便宜的设备进行，但以前使用这种技术制造单晶的努力都失败了。

当原始金属粉末材料被激光束照射时，它会熔化，形成固液界面。在界面附近以相同的方向生长晶粒以及防止凝固引起的应变缺陷的形成是很困难的。这一问题被发现归因于常规高斯激光束的强度分布(即在光束的横截面上具有钟形强度的激光束)，这导致了由定向较低且具有许多晶界的晶粒组成的多晶体的形成。

这个NIMS和大阪大学工程研究生院的研究团队成功地使用平顶激光束制造了单晶，在镍粉上形成了平坦的熔池表面。单个晶粒生长方向一致，产生的应变缺陷较少。没有晶界的单晶很容易开裂，在高温下非常坚固。这种新技术可以最大限度地减少晶体凝固过程中产生的应变和裂纹。此外，该技术不需要使用种子晶体，简化了增材制造过程。

除了镍，这种激光增材制造技术还可用于将其他金属和合金加工成单晶物体。喷气发动机和燃气轮机部件的形状越来越复杂，重量也越来越轻，使用耐热镍基高温合金对这些部件进行增材制造的需求也在增长。通过使用更便宜和广泛使用的激光增材制造技术来实现这一目标的全球研发工作预计将迅速加强。

欲了解更多信息:国家材料科学研究所