桑迪亞技術(shù)專家Levi Van Bastian在激光工程網(wǎng)成形機上打印材料，該機器允許研究人員3D打印新型超級合金（來源：桑迪亞｜克雷格-弗里茨）

美國桑迪亞國家實驗室的研究人員與艾姆斯國家實驗室、愛荷華州立大學(xué)和布魯克公司的研究人員合作，發(fā)現(xiàn)了一種新的合金，它能抵抗高溫，而且特別輕，看起來還結(jié)合了較低的蠕變傾向和高強度。

這種“超級合金”的特殊之處在于，它由多種元素組成，而不像許多普通合金那樣形成一種主要成分。這種超級合金的成分比例為42%的鋁、25%的鈦、13%的鈮、8%的鋯、8%的鉬和4%的鉭。在800℃時，這種“超級合金”被證明比許多其他高性能合金更強、更輕，包括目前用于發(fā)電廠渦輪機部件的合金。冷卻后，這種強度似乎會增加得更多。

桑迪亞國家實驗室是一個多學(xué)科研究機構(gòu)，由霍尼韋爾國際公司的全資子公司桑迪亞國家技術(shù)和工程解決方案公司為美國能源部的國家核安全局管理和運營。

桑迪亞公司的科學(xué)家安德魯-庫斯塔斯表示："我們能夠證明，使用這種材料，高強度、低重量和耐高溫的前所未有的組合是可能的。我們相信我們已經(jīng)通過增材制造方法部分實現(xiàn)了這一點。"

在增材制造中，高功率的激光被用來融化材料 - 塑料或金屬。然后，打印機將材料一層一層地打印出來，在融化的材料迅速冷卻和凝固的同時建立起一個物體。

為了生產(chǎn)新的合金，將細(xì)粉狀的起始材料按所需比例混合，形成均勻的粉末。然后，研究人員用高功率激光器在閃光燈下熔化這種粉末，使各部件粘合在一起。這就是樣品組分被逐層建立起來的過程。因此，這項研究工作也表明，基于激光的增材制造工藝同樣適合作為生產(chǎn)新材料的快速、高效方法。

艾姆斯國家實驗室科學(xué)家尼克-亞吉貝表示："艾姆斯實驗室領(lǐng)導(dǎo)的電子結(jié)構(gòu)理論使我們能夠理解這些有用特性的原子起源，我們現(xiàn)在正在優(yōu)化這類新的合金，以克服制造和可擴展性方面的挑戰(zhàn)。"

在發(fā)電廠，這種超級合金可以幫助產(chǎn)生更多的電力，同時排放更少的二氧化碳。因此，這些結(jié)果可能會對能源部門和航空航天產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響，并指向一類新的、尚未被發(fā)現(xiàn)的類似合金。

這一發(fā)現(xiàn)也代表了合金開發(fā)的一個根本性轉(zhuǎn)變，即沒有任何一種金屬占到合金的一半以上。埃姆斯和桑迪亞現(xiàn)在將與工業(yè)界合作，探索如何將這種合金用于汽車工業(yè)。

在一個以航空航天為主題的論壇上，與會者討論了該合金的特性以及對各種航空航天部件的潛在影響。他們提到了《今日應(yīng)用材料》上發(fā)表的研究報告。

然而，有些方面仍然有待于工業(yè)應(yīng)用。首先，可能很難在沒有微觀裂紋的情況下大量生產(chǎn)這種新的超級合金 - 這是增材制造中的一個普遍挑戰(zhàn)。此外，該合金的初始材料很昂貴。因此，這種超級合金可能不適合用于消費品，因為保持低成本是首要問題。

像圖中所示的激光工程網(wǎng)狀成型的3D打印技術(shù)正在幫助研究人員快速發(fā)現(xiàn)、制作原型和測試新材料（來源：桑迪亞公司｜克雷格-弗里茨）