美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校和佐治亞大學科學家在最新一期《自然》雜志在線版發(fā)表論文稱，他們采用3D打印方法，制作出一種雙相納米結構高熵合金（HEA），其強度和延展性優(yōu)于現(xiàn)有其他先進的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、醫(yī)學、能源和運輸?shù)阮I域的高性能部件。

通過先進3D打印制造的高熵合金在多個尺度上具有層次結構，表現(xiàn)出更高強度和良好的延展性。圖片來源：佐治亞理工學院官網(wǎng)

過去15年，HEA越來越受歡迎。HEA是由5種或5種以上等量或大約等量的金屬制成的合金，具有許多理想的性質，因此在材料科學及工程領域備受重視。3D打印技術目前已用于材料開發(fā)領域，基于激光的3D打印可以產生大的溫度梯度和高冷卻速率，而傳統(tǒng)方法很難做到這一點。

此次，研究人員將HEA與先進的3D打印技術——激光粉末床熔融結合，開發(fā)出具有前所未有性能的新材料。由于該工藝使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微觀結構與傳統(tǒng)方法制造出的材料大相徑庭。新材料的微觀結構看起來像一種網(wǎng)狀結構，由名為面心立方（FCC）和體心立方（BCC）的納米層狀結構交替組成，這些層被嵌入微尺度共晶團中，分級納米結構HEA使兩相能夠協(xié)同變形。

研究人員表示：“這種不尋常微觀結構的原子重排使其擁有超高強度和更高的延展性，與傳統(tǒng)金屬鑄件相比，新材料的強度提升了3倍，延展性不減反增。使HEA擁有更強韌性和更好延展性有助于研制出機械效率高且節(jié)能的輕質結構。”

研究團隊還開發(fā)出了雙相晶體塑性計算模型，以了解FCC和BCC納米片層所起的作用，以及它們如何協(xié)同工作以增加材料的強度和延展性。結果顯示，BCC納米片層具有極堅固的特性，這對于實現(xiàn)合金卓越的強度—延展性協(xié)同作用至關重要。未來，科學家們有望利用3D打印技術和HEA研制出可廣泛應用于生物醫(yī)學、航空航天等領域的高性能部件。

來源：科技日報，記者 劉霞

美國馬薩諸塞大學阿默斯特分校和佐治亞大學科學家在最新一期《自然》雜志在線版發(fā)表論文稱，他們采用3D打印方法，制作出一種雙相納米結構高熵合金（HEA），其強度和延展性優(yōu)于現(xiàn)有其他先進的3D打印材料，有望催生可用于航空航天、醫(yī)學、能源和運輸?shù)阮I域的高性能部件。

通過先進3D打印制造的高熵合金在多個尺度上具有層次結構，表現(xiàn)出更高強度和良好的延展性。圖片來源：佐治亞理工學院官網(wǎng)

過去15年，HEA越來越受歡迎。HEA是由5種或5種以上等量或大約等量的金屬制成的合金，具有許多理想的性質，因此在材料科學及工程領域備受重視。3D打印技術目前已用于材料開發(fā)領域，基于激光的3D打印可以產生大的溫度梯度和高冷卻速率，而傳統(tǒng)方法很難做到這一點。

此次，研究人員將HEA與先進的3D打印技術——激光粉末床熔融結合，開發(fā)出具有前所未有性能的新材料。由于該工藝使材料熔化和凝固速度非常快，所得到材料的微觀結構與傳統(tǒng)方法制造出的材料大相徑庭。新材料的微觀結構看起來像一種網(wǎng)狀結構，由名為面心立方（FCC）和體心立方（BCC）的納米層狀結構交替組成，這些層被嵌入微尺度共晶團中，分級納米結構HEA使兩相能夠協(xié)同變形。

研究人員表示：“這種不尋常微觀結構的原子重排使其擁有超高強度和更高的延展性，與傳統(tǒng)金屬鑄件相比，新材料的強度提升了3倍，延展性不減反增。使HEA擁有更強韌性和更好延展性有助于研制出機械效率高且節(jié)能的輕質結構。”

研究團隊還開發(fā)出了雙相晶體塑性計算模型，以了解FCC和BCC納米片層所起的作用，以及它們如何協(xié)同工作以增加材料的強度和延展性。結果顯示，BCC納米片層具有極堅固的特性，這對于實現(xiàn)合金卓越的強度—延展性協(xié)同作用至關重要。未來，科學家們有望利用3D打印技術和HEA研制出可廣泛應用于生物醫(yī)學、航空航天等領域的高性能部件。

來源：科技日報，記者 劉霞