3D打印由于固有的快速冷卻速率和熱循環而極易出現與加工相關的缺陷，鎳基高溫合金對缺陷尤其敏感。傳統加工方法多年來已經形成基本無缺陷路線，3D打印必須在保持固有優勢的同時，與其他技術（如計算機輔助設計技術）強耦合，才能獲得更多的應用。高溫合金在極端環境具有長期的結構穩定性，這與其抗氧化性是密不可分的。該材料在高溫作用下會迅速通過氧氣與Cr或Al形成致密的氧化層從而保護基體不被繼續氧化。由于含Cr的氧化層在1 000 °C以上容易碎裂或揮發從而失去保護性，因此應用溫度低于含Al合金。

        基于此，牛津大學的Reed 研究組通過ABD方法設計了3種成分的含Al高溫合金，并通過調控(Nb+Ta)/Al 比例使平衡態伽馬一撇相比例分數維持為0.5（900 °C），考察了3種不同的屬性激光-粉末床熔合(L-PBF)的可加工性，熱處理響應以及氧化、蠕變和力學行為，并與CM247LC標準合金進行比較。相關研究成果以題為““A New Class of Alumina-Forming Superalloys for 3D printing”發表于增材制造頂刊《Additive Manufacturing》。

結果表明，3種新型(Nb+Ta)/Al合金具有可加工性，且尚未通過光學顯微鏡或計算機斷層掃描檢測到與加工相關的裂紋。相反， CM247LC基準合金在L-PBF后出現了廣泛的開裂。超固溶熱處理會導致材料在高溫脆化，而亞固溶則可以保持相當的高溫延展和強度。利用熱重分析(TGA)和顯微結構表征進行氧化測試，證實了新合金表面形成氧化鋁保護層。

增加(Nb+Ta)/Al比值，合金的屈服應力會隨著中Nb和Ta含量的增加而增加，然而這是以犧牲合金成本為代價的，且會降低抗氧化性能，具體比例可以定制，以匹配合金的應用。該工作為未來的合金設計提供了指導，證明了確定具有優越屈服應力、抗氧化性和抗氧化性的可加工成分的可行性。

論文引用信息：

Joseph N. Ghoussoub, Przemysław Klupś, William J.B. Dick-Cleland, Kathryn E. Rankin, Satoshi Utada, Paul A.J. Bagot, D. Graham McCartney, Yuanbo T. Tang, Roger C. Reed,A new class of alumina-forming superalloy for 3D printing,Additive Manufacturing,Volume 52,2022,102608,ISSN 2214-8604,

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.102608.

(責任編輯：admin)

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