中科院金屬所開發出新型3D打印鈷基超級合金，性能飆升！

3D打印技術參考注意到，《ScriptaMaterialia》期刊近日發表了中科院金屬所關于“一種用于增材制造的新型高性能Co-Al-W基高溫合金”的研究成果。研究人員采用激光定向能量沉積（L-DED）技術制備出高γ′含量的鈷基高溫合金ZGH688，該合金具有優異的抗開裂性和力學性能。

與現有的其他Ni/Co基超合金相比，3D打印制備的新Co-Al-W基高溫合金在室溫和高溫下均表現出優異的力學性能，遠高于同類技術制造的GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金。這項工作展示了新型Co-Al-W基高溫合金在增材制造中的巨大應用潛力，特別是在高溫應用領域。

目前，在高溫合金的增材制造領域中主要以鎳基高溫合金的研究占主導，因為它是飛機發動機熱段中渦輪機葉片等結構部件的*材料。與鎳基合金相比，鈷基高溫合金顯示出更好的可焊性，因此降低了3D打印工藝過程中的裂紋敏感性。其中鈷基超合金被認為是鎳基合金在高溫結構和功能應用中的*有前途的替代品。根據3D打印技術參考的日常總結，GE9X的燃油噴嘴、導流器、燃燒室混合器、T25傳感器外殼等，均使用鈷基合金3D打印。

獨特的兩相結構和優異的抗裂性能

研究人員在L-DEDZGH688高溫合金中獲得了高立方γ'相和極窄γ基體通道的獨特兩相結構。γ'相的體積分數為77.5±5.5%，超過了其他典型的增材制造Ni/Co合金。同時，γ′相的邊長為47.7±7.6nm，具有良好的立方度。

除此之外，在L-DED制造的Co基合金中，位錯與γ'相的相互作用對抗裂性能的影響優于Ni基高溫合金，這主要歸因于兩個方面：分別為較低的熱應力和位錯密度以及通過高體積分數的γ'相彌散分布而使應力分布均勻。

3D打印性能遠高于其他增材制造高溫合金

研究人員對該高溫合金制備完成后的機械性能進行了評估，ZGH688在室溫下出現了應變硬化，在高溫拉伸過程中出現軟化，其極限抗拉強度（UTS）遠高于其他增材制造高溫合金，如GH518、Co-Ni基高溫合金和典型的鎳基高溫合金。

在室溫下，ZGH688的拉伸強度為1464MPa，斷裂延伸率為20%。盡管其塑性低于GH5188，但抗拉強度表現出優異的性能。同時，ZGH688在高溫下表現出比大多數增材制造制備的高溫合金更高的屈服強度和延展性，在900℃和1000℃下，ZGH688合金的屈服強度分別為597MPa和287MPa，塑性分別為32%和48%。

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總之，這種新型的抗裂Co-Al-W基高溫合金ZGH688具有優異的力學性能，可應用于內燃機及航空發動機系統。其內部γ′-Co3(Al，W)相的體積分數占比幾乎是普通鎳基合金的2倍。盡管γ′的含量較高，但Co、Ta、Al、W和Ni元素的合理配比使Co-Al-W基合金體系具有較小的MSAC、SAC和SCI值，使ZGH688表現出優異的力學性能。這些發現表明新開發的Co-Al-W基超合金在增材制造領域具有巨大的潛力。