研究人員開發出新型3D打印高熵超合金

3D打印技術參考注意到，專注于先進材料和制造技術的IMDEA材料研究所近日開發出一種鈷基和鎳基高熵超合金（CoNi-HESA），通過激光粉末床聚變（LPBF）優化用于增材制造。該研究于2025年11月18日發表在《材料與設計》期刊上，闡述了生產能夠在更高溫度下運行的噴氣發動機部件的新路徑，從而提升燃油效率和推力。

論文《新型基于CoNi的高熵超合金的激光粉末床熔融（Laser powder bed fusion of a novel CoNi-based high-entropy superalloy）》詳細介紹了LPBF如何用于控制凝固過程和打印過程中晶粒均勻性。通過仔細調整激光功率、掃描速度和層厚，研究人員減少了裂紋，實現了致密且均勻的部件。這種對熱梯度和冷卻速率的控制直接影響合金在極端條件下的強度、延展性和抗變形能力。

IMDEA材料研究所高級研究員José Manuel Torralba教授

IMDEA材料高級研究員表示：“航空航天領域長期以來一直認識到提高飛機發動機最高工作溫度以提升發動機效率的重要性。因此，開發具有卓越性能的先進金屬及金屬間材料投入了大量努力。”

鎳基超合金因其高溫強度和抗蠕變性，數十年來一直主導航空航天制造業。而鈷基合金則具有更優越的氧化和防腐保護能力，但傳統上在高溫下機械性能較弱。CoNi-HESA合金結合了兩種材料家族，實現了強度、延展性和熱穩定性之間的平衡。

通過LPBF工藝中激光功率和掃描速度的精心結合，開發的CoNi-HESA非常適合抗裂紋、高密度零部件生產。研究人員證實了基于混合熵的熱力學預測有效指導合金設計，驗證了熵驅動配方能夠改善高溫機械性能的理念。他們寫道：“作為最終結論，我們可以說，即通過基于混合熵的熱力學預測設計含鈹基超合金，可以顯著改善材料性能，這一假說已被證實。”

CoNi-HESA的發展展示了基于熵的合金工程如何擴展增材制造在高應力應用中的極限。研究所的發現指向高熵合金在航空航天、能源、航天和核能領域的更廣泛應用，而在極端條件下的耐久性仍是核心挑戰。作者指出：“這對未來在能源、航天和核技術等領域的增材制造應用非常有前景。”

IMDEA材料公司持續研究金屬增材制造的先進合金和微觀結構設計，旨在拓展耐高溫和機械性能關鍵的工業應用。CoNi-HESA代表了下一代噴氣發動機及其他熱需求高系統的更高效、更耐用部件的一步。

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