供稿人：赵懿臻、张航 供稿单位：西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室 发布日期：2021-04-08
目前金属增材制造由于其高成型自由度及材料利用率使得其具有极其广阔的应用前景。但是金属增材制造需要独特的与增材制造条件兼容的合金，同时保持材料性能。但是目前极少的合金可适应金属基增材制造例如不锈钢、钛合金等。因此研发出适用于增材制造的合金是目前金属增材领域非常重要的课题。
由于金属增材过程中存在复杂热环境并且与局部焊接类似。因此，用于金属增材的候选材料倾向于是可焊接合金，它们不易受到液相中的开裂机制（如液化开裂或热撕裂）或固相应力的影响。基于此，2020年10月，加利福尼亚大学圣塔芭芭拉分校、美国桑迪亚国家实验室制备了一类高强度、抗缺陷的可打印3D高温合金，其中含有大致相等的Co和Ni以及Al，Cr，Ta和W，该合金可通过电子束熔化（EBM）以及选择性激光熔化（SLM）进行无裂纹3D打印，如图1所示。
图1通过EBM和SLM增材制造CoNi基高温合金。
该CoNi基合金由于凝固过程中溶质的低偏析降低了开裂敏感性，同时较低的γʹ固溶温度可在凝固完成后缓解开裂因此具有极好的抗裂纹作用。室温拉伸试验表明，与目前正在研究的其他Ni基高温合金相比，CoNi基高温合金具有出色的延展性和强度的组合。它们在打印和后处理后的强度超过1.1 GPa，并且室温下拉伸延展性大于13％如图2所示。
图2.在室温下对EBM和SLM SB-CoNi-10进行拉伸测试。
总的来说，对于增材制造专用CoNi基高温合金，与传统的加工路线相比，打印过程中的高热梯度和冷却速率可显著改善合金的组织结构，从而减少了热处理所需的时间。另一方面，由于合金优良的裂纹抑制特性，减少了成型过程中的缺陷问题使得金属增材成型件的工业应用成为可能。