2月27日、2024年の3Dプリンティング技術(shù)分野における最初のNature論文が発表された。中國(guó)科學(xué)院金屬研究所の研究チームが「High fatigue resistance in a titanium alloy via near void-free 3D printing」と題する論文を発表した。

この論文では、3Dプリンターで作製された微細(xì)構(gòu)造はもともと高い耐疲労性を持っており、この特性の劣化は微細(xì)孔の存在によって引き起こされる可能性があると論じている。微細(xì)孔を除去する従來(lái)の努力は、しばしば組織の粗大化をもたらし、組織の再精製のプロセスは、気孔率の再発をもたらし、さらには粒界におけるα相の濃縮のような新たな欠點(diǎn)を誘発し、微細(xì)構(gòu)造をインバウンドとアウトバウンドの両方の努力にとって困難なジレンマにしている。
熱処理研究の過(guò)程で、CASチームは、3Dプリントチタン合金の高溫での相変態(tài)と結(jié)晶粒成長(zhǎng)が非同期である重要な後処理プロセスウィンドウを発見(jiàn)した。十分な過(guò)熱があれば、α相からβ相への相転移は即座に起こり、β相の成長(zhǎng)溫度には達(dá)しているが、粒界が再配列するためには妊娠期間が必要である。研究者らは、この貴重な熱処理ウィンドウを利用し、熱間等方加圧と高溫短時(shí)間処理を組み合わせた熱処理法を特定した。この熱処理法は、組織の微細(xì)化を達(dá)成し、α相の濃縮と微細(xì)孔の再出現(xiàn)を防止し、最終的には、微細(xì)孔が実質(zhì)的に存在しないニアプリント狀態(tài)の3Dプリントチタン合金を作製する。

この微細(xì)構(gòu)造を持つTC4チタン合金は、約1GPaという高い疲労限度を達(dá)成し、現(xiàn)在のすべての付加製造チタン合金や鍛造チタン合金、および他の金屬材料の耐疲労性を上回っている。