刷新世界纪录！我国新型3D打印“全能”抗疲劳钛合金 !

9月2日消息，据媒体报道，中国科学院金属研究所近期成功研发一种新型3D打印后处理技术，制备出具备“全能”抗疲劳性能的钛合金材料，刷新了金属材料抗疲劳性能的世界纪录。

这项突破性研究由该所张哲峰与张振军研究员团队完成，相关成果论文已发表于国际知名学术期刊《Science Advances》。该技术为3D打印在高精尖领域的应用清除了一个关键障碍——即打印件疲劳性能较差的问题。

3D打印技术因其可轻松制造复杂、轻量化金属构件的能力，在新一代飞机、航天器等高端装备中极具应用潜力。然而，传统3D打印金属零件存在明显短板：在反复受力后容易产生裂纹甚至断裂，严重限制了其关键承压场景下的使用。

研究中所指的“全能”抗疲劳，是指材料在各种应力比条件下均表现出卓越的抗疲劳性能，即能够抵抗循环载荷而不发生破坏。

2024年初，该团队发明了一种称为“净增材制造”（Net-AM preparation，NAMP）的新工艺，可精确控制材料内部结构及缺陷。利用该工艺制备的常用钛合金Ti-6Al-4V，成功同时消除了微孔和粗大组织——这两者正是引发疲劳破坏的主要因素。新材料在“拉-拉”循环应力条件下，其“比疲劳强度”（强度与密度之比，是评价轻质材料疲劳性能的关键指标）打破了世界纪录，首次证明3D打印材料亦可具备顶尖抗疲劳能力。

现实中，诸如飞机发动机叶片、起落架等部件受力复杂，不仅存在“拉-拉”状态，还包括“拉-压”等多变应力比条件，而传统钛合金微观组织往往只在特定应力比下表现良好。研究团队通过系统分析，识别出钛合金中多种易导致疲劳裂纹的薄弱结构及其激活条件，并利用NAMP工艺制备出几乎无孔洞的3D打印组织，同步优化了所有这些薄弱环节，使材料能够在全应力比条件下均保持高疲劳强度。

实验数据显示，这种“全能”抗疲劳钛合金在不同应力比的疲劳测试中，“比疲劳强度”全面超越已知所有金属材料，展现出前所未有的综合性能。