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日立開發出可打印高熵合金的金屬3D打印機

時間:2016-02-18 19:15 來源:天工社 作者:中國3D打印網 閱讀:

         日前,日立制作所和日本東北大學開發出了利用金屬3D打印機對拉伸強度和耐腐蝕性出色的高熵合金“HiPEACE”(Hitachi Printable Extreme Alloy for Corrosive Environment)實施造型的技術。與利用金屬3D打印機的以往方法相比,拉伸強度可提高至1.2倍,點蝕電位可提高至1.7倍(圖1)。用于制造化學工廠等的設備部件時,可延長設備壽命、提高運轉率。

日立開發出可打印高熵合金的金屬3D打印機

圖1:鑄造、使用金屬3D打印機的以往方法和新方法在合金組織及特性方面的比較

     新技術使用“粉末床熔融”式金屬3D打印機,原理是向平鋪的粉末材料照射激光及電子束,使截面形狀熔融并凝固。采用這種方式時,凝固速度越快,金屬間化合物就越微細,越能均勻分散,拉伸強度及耐腐蝕性也就更高。

        為此,日立和日本東北大學調整了造型時的電子束能量及掃描速度,并將預熱處理的溫度(預熱溫度)控制到必要的最低限度。預熱處理是在用電子束掃描截面形狀使粉末熔融之前,事先向粉末整體照射低能量電子束。如果降低預熱溫度,就會拉大與熔融溫度之間的溫度差,從而提高凝固速度。

這樣便可在具備高耐腐蝕性的基體相中均勻分散數十nm左右的高硬度金屬間化合物。憑借這一點,在使用HiPEACE作為造型材料時,與利用以往金屬3D打印機的造型相比,實現了1.2倍的1300MPa拉伸強度和1.7倍的0.85V vs Ag/AgCl點蝕電位。此次成功試制出了成分偏差少、均質且形狀復雜的部件(圖2)。

日立開發出可打印高熵合金的金屬3D打印機

圖2:利用新技術制作的葉輪

       化工廠、油井及氣井開采設備等的部件通常曝露在強腐蝕性氣體中,為了確保安全性,要求具備高強度和耐腐蝕性。日立和日本東北大學著眼于拉伸強度、耐磨損性以及在高溫氧化和酸堿環境下耐腐蝕性出色的高熵合金,從2014年開始開發高強度高耐腐蝕性部件的制造技術。

     不過,高熵合金由多種元素構成,因此鑄造時容易出現成分偏差現象。并且其硬度也很高,難以加工。因此,日立和日本東北大學開發了使用金屬3D打印機、網眼狀析出高硬度金屬間化合物的技術,成功將拉伸強度提高到了鑄造的1.4倍。此次,為了獲得實用化所要求的更高的拉伸強度和高耐腐蝕性,改進了利用金屬3D打印機實施造型的技術。

       今后雙方將瞄準實用化,推進實際使用環境下的實證實驗。此次的新技術預定在21418日于美國田納西州舉行的國際學會“TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)2016”上發表。

(責任編輯:admin)

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