本报讯（记者沈春蕾）明升官网明升体育app院金属研究所研究员张哲峰团队制备出具有高抗疲劳性能的3D打印钛合金材料，使3D打印钛合金疲劳强度突破世界纪录。相关研究成果2月29日发表于《自然》。
3D打印技术是一种快速成型技术，采用激光或电子束把粉末状金属或塑料等可黏合材料逐层打印，以构造物体或产品。已有研究发现，3D打印材料在循环载荷下的抗疲劳破坏的性能普遍较差，严重制约了其作为结构承力件的广泛应用。
张哲峰告诉《明升官网明升体育app报》，他们团队认为，理想状态下3D打印技术直接制备出的钛合金组织，又称Net-AM组织，本身应该具有天然的超高疲劳性能。然而，打印过程中产生的气孔等缺陷，掩盖了组织自身的抗疲劳优点，成为限制其实际工程应用的短板。
传统工艺通过消除气孔等缺陷来提高材料的疲劳性能，这也是大多数研究者采取的措施。张哲峰带领团队从2019年开始研究3D打印钛合金的疲劳性能，他们发现，采用热等静压工艺消除打印气孔的同时，会破坏3D打印材料的原始组织，导致材料疲劳性能没有明显提高。为此，他们提出一个创新思路——把经过热等静压消除气孔的组织再处理，调整到3D打印原始组织状态，恢复其天然高疲劳性能。然而，如何将组织调整到3D打印原始组织状态是他们面临的新问题。
尝试大量不同处理工艺后，张哲峰团队发现，3D打印的Ti-6Al-4V合金晶界扩散、缺陷消失和相变过程可以在不同工艺窗口实现。以此为基础，他们发明了缺陷与组织分步调控的NAMP新工艺，最终制备出几乎无气孔的近Net-AM组织钛合金。该Ti-6Al-4V合金拉-拉疲劳强度从原始打印态的475兆帕最终提升至978兆帕，疲劳强度翻倍。这种近Net-AM组织的Ti-6Al-4V合金不仅在所有钛合金材料中具有最高的拉-拉疲劳强度，而且在目前已报道的材料疲劳数据中，具有最高的比疲劳强度（疲劳强度除以密度）。
“这项成果更新了人们以往对3D打印材料疲劳性能不高的固有认识，展现了3D打印材料作为结构承力件在航空航天等重要领域的广阔应用前景。”张哲峰说。
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