粉末冶金新材料和新技术
陈刚教授团队研发新型可打印耐热铌钨合金!
随着装备技术的发展,材料的使用温度越来越高。使用热稳定性更好的材料可以提高热端部件的工作温度和能源效率,从而延长服役寿命,节约资源。铌钨合金(Nb-5W-2Mo-1Zr,Nb521)合金是难熔材料的典型代表,但对热应力极为敏感,在具有极大热应力的制备过程中极易变形、开裂。3D打印由于极高冷速(105~107K/s),制备此类热应力敏感金属尤为困难,如钨、钼及含钨钼合金(铌钨、钽钨、难熔高熵合金等),打印件出现翘曲或者裂纹。热等静压可有效提高致密度,消除孔隙裂纹等缺陷,但带来试样变形、晶粒长大以及高成本等问题,还使得高温强度降低。此外,添加Ni、Ti等合金化能细化晶粒,改变位错类型(刃位错增多),从而提高成形性,但高温下原子扩散加剧,使得高温强度和热稳定性降低,导致提前失效。

本研究提出了一种优化解决方案:在热应力敏感型材料体系中,引入纳米可变形陶瓷颗粒和亚晶界,有助于应力释放、稳定塑性变形,实现可打印,并结合动态析出强化相,提高高温强度和热稳定性。该设计理念引入可变形的亚稳陶瓷颗粒,晶界颗粒应力诱导相变(TRIP效应),颠覆了陶瓷颗粒塑性差、晶界颗粒不利于材料塑性的传统认知。开发出可打印的铌钨合金,无变形、裂纹等缺陷,室温综合性能优异;高温力学性能优于锻态,1600℃热稳定性5倍于锻态。该材料设计理念适用于热应力敏感型材料的开发和应用,提高材料在极端环境下的性能和使用寿命,有望用于航空航天、核能源等领域。该工作于2025年12月发表于Acta Materialia。
