我国科研人员研制出高抗疲劳 3D 打印钛合金，有望在航空航天领域发挥作用

3 月 1 日消息，据中国科学院金属研究所、央视新闻报道，中国科学院金属研究所研究员张哲峰带领的材料疲劳与断裂团队，在前期疲劳损伤机制和疲劳预测理论的指导下，与轻质高强材料研究部研究员杨锐团队合作，在 3D 打印钛合金抗疲劳设计制备方面取得了突破性进展，制备出具有优异疲劳性能的 3D 打印钛合金材料。该研究由中国科学院金属研究所和美国加利福尼亚大学伯克利分校合作完成。

该研究首次明确提出，理想状态下 3D 打印技术直接制备出的钛合金组织本身（称为 Net-AM 组织）应具有天然优异的疲劳性能。而打印过程中产生的气孔等缺陷，掩盖了其自身组织抗疲劳的优点，导致实际测量的 3D 打印材料疲劳性能降低。

研究在 Ti-6Al-4V 合金中首次发现，高温下 3D 打印态组织的晶界迁移及气孔长大与相转变过程表现出异步的特性。这意味着存在一个宝贵的热处理工艺窗口，既可实现板条组织细化，又能有效抑制晶界 α 相富集及气孔复现。科研人员发明了缺陷与组织分步调控的 NAMP 新工艺，制备出几乎无气孔的近 Net-AM Ti-6Al-4V 合金。

对比发现，这种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），其拉-拉疲劳强度从原始态的 475 MPa 提升至 978 MPa。这一成果更新了科学家以往对 3D 打印材料“疲劳性能不高”的固有认识，揭示了 3D 打印技术在抗疲劳制造方面的优势，展现了 3D 打印材料作为结构承力件在航空航天等领域的应用前景。

相关研究成果于 2 月 29 日发表在《自然》上，附链接：High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing