日立开发出3D打印高熵合金技术

随着金属3D打印日趋受到重视,可打印的金属合金材料也在不断的获得研发领域的突破。化工厂、油井及气井开采设备等的部件通常曝露在强腐蚀性气体中,为了确保操作中的安全性,这就要求这些部件具备高强度和耐腐蚀性,高熵合金在其中扮演了重要的角色。以往,这些高熵合金是通过铸造出来的,然而,铸造时容易出现成分偏差现象。并且硬度很高,难以进行后期的机械加工。

日前,日立制作所和日本东北大学开发出了在拉伸强度和耐腐蚀性能方面出色的3D打印高熵合金“HiPEACE”。与以往的其他制造方法相比,HiPEACE拉伸强度达到铸造方式的1.4倍,点蚀电位提高至1.7倍。用于制造化学工厂等的设备部件时,可延长设备寿命、提高运转率。

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图:铸造与金属3D打印在合金性能方面的比较

即便是通过3D打印技术,熵合金也是难以加工的,因为是多种金属元素的组合,成份不均带来加工的难度。通过在具备高耐腐蚀性的基体相中均匀分散数十nm左右的高硬度金属间化合物。日立成功试制出了成分偏差少、均质且形状复杂的部件。

HiPEACE通过粉末床熔化技术加工出来,日立和日本东北大学调整了粉末床的电子束能量及扫描速度,并将预热处理的温度(预热温度)控制到必要的最低限度。通过降低预热温度,拉大与熔融温度之间的温度差,从而加快凝固速度。

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图:高熵合金叶轮

HiPEACE的研发成功打开了商业应用空间。日立制作所和日本东北大学将推进在实际工作环境下的实验。而此次的新技术将在2月14~18日于美国田纳西州举行的国际学会“TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)2016”上正式发布。

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