2017年9月,《自然》杂志发表了一篇题为“高强度铝合金的3D打印”的文章。 HRL Labs 通过引入控制凝结的成核剂纳米颗粒并将它们组装到 7075 和 6061 系列铝合金粉末上,解决了 3D 打印过程中产生的大柱状晶粒和周期性裂纹。 在用成核剂进行功能化后,发现这些以前无法3D打印的高强度铝合金,不仅可以用SLM技术成功加工,而且实现了无裂纹、等轴、细晶粒的微观结构,从而使材料强度与锻造材料相当。
纳米颗粒被组装到金属粉末上。
基于这项研究,HRL推出了商业化的高强度铝合金7A7750/7a77.60L,于2019年投放市场,并获得了第一个客户——美国宇航局; 2022年,该材料被美国陆军用于3D打印***零件; 2023年7A7760L 被批准用于一级方程式赛车。 此外,该材料还用于制造热交换器。
2023 年 4 月,NASA 技术团队在《自然》杂志上发表了一篇关于新开发的 GRX-810 高温合金的研究,题为“为极端环境设计的 3D 可打印合金”,涵盖了其微观结构、机械性能以及与当前类似增材制造合金的比较。
新材料是一种氧化物分散强化合金,命名为GRX-810,可承受超过1000米的温度,延展性更强,寿命比最先进的合金长1000倍以上。 该材料主要由Ni-Co-Cr基合金组成,采用综合计算材料工程技术制造,并采用新的高能混合技术,在粉末粒径为10-45 m的NiCoCr粉末颗粒上成功涂覆1%重量的Y2O3,借助增材制造工艺将纳米级氧化钇颗粒纳入其整个微观结构中, 从而显著提高性能。总的来说,这是一种具有优异的耐温性和抗氧化性的新型材料。
Y2O3 重量百分比涂覆在NicoCR粉末颗粒上。
与以前的合金相比,新材料在1093°C时的抗拉强度提高了35%,延展性提高了三倍。
这种材料的应用进展非常迅速。 2023年上半年,EOS和3D Systems均使用自有金属3D打印机实现了GRX-810的粉末床激光3D打印,并验证了性能。
据美国宇航局2024年1月消息,GRX-810在工程应用方面取得了新的进展,由这种材料3D打印的液体火箭发动机已经成功进行了热火测试。 结果发现,与其他测试的合金相比,GRX-810样品的蠕变强度显着增加。
GRX-810新型高温合金3D打印火箭发动机测试成功
GRX-810 3D打印部件。
NASA 优先考虑 GRX-810 合金的早期材料开发,以建立满足预期机械和热物理性能的最佳工艺参数。 同时,在GRX-810推进的初始阶段,重点放在组件开发上,以验证预期的复杂几何形状是否能够成功构建。 GRX-810 适用于各种应用,特别是热交换器、涡轮机械和在高热通量环境中运行的部件。 在液体火箭发动机的背景下,具体应用包括设计用于减轻涂层面板的喷射器、再生冷却喷嘴和涡轮泵。 图 7 显示了一个选择示例。 美国宇航局使用GRX-810建造了涡轮叶盘,内部表征的导流板,喷油器,再生冷却喷嘴,涡轮叶盘和涡轮叶片,带有整体端口,使用激光粉末床熔化工艺。
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