日立开发出可打印高熵合金HiPEACE的金属3D打印机

发表于 2016-2-18 17:17:00 显示全部楼层 0 4427

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日前,日立制作所和日本东北大学开发出了利用金属3D打印机对拉伸强度和耐腐蚀性出色的高熵合金“HiPEACE”(Hitachi Printable Extreme Alloy for Corrosive Environment)实施造型的技术。与利用金属3D打印机的以往方法相比,拉伸强度可提高至1.2倍,点蚀电位可提高至1.7倍(图1)。用于制造化学工厂等的设备部件时,可延长设备寿命、提高运转率。

日立开发出可打印高熵合金的金属3D打印机

日立开发出可打印高熵合金的金属3D打印机

图1:铸造、使用金属3D打印机的以往方法和新方法在合金组织及特性方面的比较

新技术使用“粉末床熔融”式金属3D打印机,原理是向平铺的粉末材料照射激光及电子束,使截面形状熔融并凝固。采用这种方式时,凝固速度越快,金属间化合物就越微细,越能均匀分散,拉伸强度及耐腐蚀性也就更高。
为此,日立和日本东北大学调整了造型时的电子束能量及扫描速度,并将预热处理的温度(预热温度)控制到必要的最低限度。预热处理是在用电子束扫描截面形状使粉末熔融之前,事先向粉末整体照射低能量电子束。如果降低预热温度,就会拉大与熔融温度之间的温度差,从而提高凝固速度。
这样便可在具备高耐腐蚀性的基体相中均匀分散数十nm左右的高硬度金属间化合物。凭借这一点,在使用HiPEACE作为造型材料时,与利用以往金属3D打印机的造型相比,实现了1.2倍的1300MPa拉伸强度和1.7倍的0.85V vs Ag/AgCl点蚀电位。此次成功试制出了成分偏差少、均质且形状复杂的部件(图2)。

日立开发出可打印高熵合金的金属3D打印机

日立开发出可打印高熵合金的金属3D打印机

图2:利用新技术制作的叶轮

化工厂、油井及气井开采设备等的部件通常曝露在强腐蚀性气体中,为了确保安全性,要求具备高强度和耐腐蚀性。日立和日本东北大学着眼于拉伸强度、耐磨损性以及在高温氧化和酸碱环境下耐腐蚀性出色的高熵合金,从2014年开始开发高强度高耐腐蚀性部件的制造技术。
不过,高熵合金由多种元素构成,因此铸造时容易出现成分偏差现象。并且其硬度也很高,难以加工。因此,日立和日本东北大学开发了使用金属3D打印机、网眼状析出高硬度金属间化合物的技术,成功将拉伸强度提高到了铸造的1.4倍。此次,为了获得实用化所要求的更高的拉伸强度和高耐腐蚀性,改进了利用金属3D打印机实施造型的技术。
今后双方将瞄准实用化,推进实际使用环境下的实证实验。此次的新技术预定在2月14~18日于美国田纳西州举行的国际学会“TMS (The Minerals, Metals & Materials Society)2016”上发表。来源:天工社
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