日本3D打印拉伸强度、耐腐蚀性更出色的高熵合金

日前，日立制作所和日本东北大学开发出了利用金属3D打印机对拉伸强度和耐腐蚀性出色的高熵合金“HiPEACE”（Hitachi Printable Extreme Alloy for Corrosive Environment）实施造型的技术。与利用金属3D打印机的以往方法相比，拉伸强度可提高至1.2倍，点蚀电位可提高至1.7倍（图1）。用于制造化学工厂等的设备部件时，可延长设备寿命、提高运转率。

图1：铸造、使用金属3D打印机的以往方法和新方法在合金组织及特性方面的比较

新技术使用“粉末床熔融”式金属3D打印机，原理是向平铺的粉末材料照射激光及电子束，使截面形状熔融并凝固。采用这种方式时，凝固速度越快，金属间化合物就越微细，越能均匀分散，拉伸强度及耐腐蚀性也就更高。

为此，日立和日本东北大学调整了造型时的电子束能量及扫描速度，并将预热处理的温度（预热温度）控制到合适的最低限度。预热处理是在用电子束扫描截面形状使粉末熔融之前，事先向粉末整体照射低能量电子束。如果降低预热温度，就会拉大与熔融温度之间的温度差，从而提高凝固速度。

这样便可在具备高耐腐蚀性的基体相中均匀分散数十nm左右的高硬度金属间化合物。凭借这一点，在使用HiPEACE作为造型材料时，与利用以往金属3D打印机的造型相比，实现了1.2倍的1300MPa拉伸强度和1.7倍的0.85V vs Ag/AgCl点蚀电位。此次成功试制出了成分偏差少、均质且形状复杂的部件（图2）。

图2：利用新技术制作的叶轮

化工厂、油井及气井开采设备等的部件通常曝露在强腐蚀性气体中，为了确保安全性，要求具备高强度和耐腐蚀性。日立和日本东北大学着眼于拉伸强度、耐磨损性以及在高温氧化和酸碱环境下耐腐蚀性出色的高熵合金，从2014年开始开发高强度高耐腐蚀性部件的制造技术。

不过，高熵合金由多种元素构成，因此铸造时容易出现成分偏差现象。并且其硬度也很高，难以加工。因此，日立和日本东北大学开发了使用金属3D打印机、网眼状析出高硬度金属间化合物的技术，成功将拉伸强度提高到了铸造的1.4倍。此次，为了获得实用化所要求的更高的拉伸强度和高耐腐蚀性，改进了利用金属3D打印机实施造型的技术。

今后双方将瞄准实用化，推进实际使用环境下的实证实验。此次的新技术预定在2月14～18日于美国田纳西州举行的国际学会“TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)2016”上发表。

来源：天工社

《3D打印世界》——中国3D打印行业第一本专业月刊（点击可在线阅读） 

搜索官方微信账号：“3D打印世界”，新鲜、有料、深度3D打印资讯，尽在3D打印世界！