美国国家标准与技术研究所和阿贡国家实验室通过增材制造生产高强度不锈钢

  据DesignNews网站11月3日报道，美国国家标准与技术研究所（NIST）、威斯康星大学麦迪逊分校和阿贡国家实验室的研究人员为目前存在的最坚固的不锈钢之一 ,17-4沉淀硬化（PH）不锈钢创新了一种3D打印方法，其打印出的不锈钢与传统方法制造的不锈钢性能相同。该不锈钢是一种坚固、耐腐蚀的合金，用于建造货船、客机和核电站。这一创新标志着17- 4 PH钢可进行连续3D打印并保留原有特性。

      虽然使用3D打印技术制造塑料部件在各行各业已经变得越来越普遍，但以粉末为基础材料的金属增材制造（AD）则更加复杂，其中一个原因是打印过程中的温度变化非常快，粉末在短时间内会经历快速波动。金属的增材制造本质上是用激光等高能源将数百万微小的粉末状颗粒焊接成一块，将它们熔化成液体，然后冷却成固体。但由于冷却速度很高，产生极端的非平衡状态，快速加热和冷却的过程会导致钢中原子的晶体结构发生快速变化，从而无法确定材料在原子水平上发生了什么，因此无法制造出精确的晶体结构，无法确定打印材料的最佳状态。

      为了解决这些问题，研究人员使用同步x射线衍射（XRD）来研究快速温度变化期间的晶体结构，这样他们就可以在打印过程中确定马氏体的内部结构。研究人员利用阿贡的高级光子源（APS），在打印过程中将高能x射线射入钢铁样品中。通过这种方式，研究人员可以绘制出一幅打印过程中钢的晶体结构变化图。

      虽然铁是17- 4 PH钢的主要成分，但其具体成分包括多达12种不同的化学元素。通过对钢在3D打印过程中的结构变化的更清晰的了解，研究人员可以对这种钢的组成进行微调，从而控制3D打印效果。这种方法也可以应用于其他材料，使用XRD优化用于3D打印的其他合金，并为建立和测试计算机模型提供有用的信息，可以预测打印零件的最终质量。

（DesignNews）