科學家們開發出了一種新方法，可以製造出更堅​​固的金屬，用於發電渦輪機等極端環境中。透過使用3D 列印和中子技術分析金屬，他們發現熱處理可以降低金屬內部的應力，使其更加耐用。

中子實驗揭示了一種特殊3D 列印超合金的微觀細節，這種超合金有可能降低組件成本。 (3D列印的金屬樣品寬約4吋）。 列印和熱處理後的樣本安裝在基座上，暴露在中子束下，以分析殘餘應力或製造過程中產生的裂縫或空洞等不規則現象）。 資料來源：橡樹嶺國家實驗室

用於發電的先進燃氣渦輪機等極端應用需要同樣精密的材料。 在這項研究中，科學家研究了由兩種高強度、耐高溫金屬組成的創新”超級合金”的應力效應。 研究小組利用三維列印技術製作了這些合金，這種技術利用雷射將金屬粉末塑造成特定形狀。 隨後，他們利用中子分析了列印金屬的內部結構。

研究發現，熱處理能有效緩解製造過程中產生的應力。 此外，研究還發現，這些應力更受特定製造參數而非金屬化學成分的影響。

研究團隊巧妙地利用以雷射為基礎的三維列印技術，用兩種不同的金屬（鉻鎳鐵合金718 和雷尼41）製造出了合金，而且沒有出現任何裂縫。 中子實驗促進了一種增強型方法的開發，該方法可在整個製造過程中準確、高效地評估金屬中的應力水平。 這些發現將有助於生產更堅固、更先進、製造成本更低的合金。 這些合金對於極端環境下的應用至關重要。

積層製造或三維列印是一種透過逐層製造金屬零件和其他類型材料的新方法。 該研究項目由通用電氣公司、愛迪生焊接研究所和橡樹嶺國家實驗室（ORNL）的研究人員共同完成，他們打印了一種合金，其兩端由因科鎳合金718 和雷尼41 組成，中間為成分分級區。 該研究評估了合金的應力和成分變化。 為此，研究人員在膨脹中子源（SNS）和位於ORNL的高通量同位素反應器（HFIR）進行了中子實驗，這兩個設施都是能源部科學辦公室的用戶設施。 中子非常適合研究材料的內部應力，因為它們可以穿透緻密的金屬。

利用SNS 的VULCAN 衍射儀和HFIR 的MARS 成像儀，研究人員測量了殘餘晶格應變的分佈，以了解材料的殘餘應力和成分在不同加工階段的變化。 中子研究表明，殘餘應力主要是由製造過程造成的，可以透過熱處理來緩解。 研究發現，雷射停留時間越長或能量越高，應力越大。 中子研究也幫助公司建立了一種更有效的方法來分析金屬，提高金屬的實用性，從而利用積層製造技術以更低的成本製造出更好的零件。

編譯自/ SciTechDaily

DOI: 10.3389/ftmal.2022.1070562