蓋世汽車(chē)訊 在航空航天、汽車(chē)、醫(yī)療器械和國(guó)防等領(lǐng)域，所使用的材料需要承受極端惡劣的環(huán)境影響。材料上存在一點(diǎn)小瑕疵（比如裂縫），都可能帶來(lái)災(zāi)難性的后果，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。然而，大多數(shù)材料無(wú)法承受這么高的溫度和壓力。在這種情況下，多材料（multimaterials）成為理想的選擇，如功能梯度材料（FGMs），將不同的材料結(jié)合在一起以提高性能。

（圖片來(lái)源：韓國(guó)海事海洋大學(xué)）

一般來(lái)說(shuō)，多材料為增材制造，由不同的材料層逐層沉積而成。然而，由于材料性質(zhì)不同，邊界層很容易出現(xiàn)縫隙和微孔。功能梯度材料試圖在材料中創(chuàng)建一個(gè)成分變化“梯度”，以減少這些裂縫。據(jù)外媒報(bào)道，韓國(guó)海事海洋大學(xué)（Korea Maritime and Ocean University）的研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，可以合成由鉻鎳鐵合金718（Inconel 718）和不銹鋼316L（STS 316L）制成的一種高性能功能梯度材料，并將其缺陷降至最低。

據(jù)研究負(fù)責(zé)人Do-Sik Shim介紹：“Inconel 718具有卓越的性能，但是成本很高。將其與STS 316L混合，可以制造高性能功能梯度材料。這樣不僅提高了技術(shù)和商業(yè)優(yōu)勢(shì)，而且增加了經(jīng)濟(jì)可行性。”

在此項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)利用一種名為“定向能沉積”的3D打印技術(shù)，將STS 316L沉積到Inconel 718上。所創(chuàng)建的三種功能梯度材料，包括無(wú)牌號(hào)（NG）材料，將STS層直接沉積到Inconel上；牌號(hào)10和25，混合梯度分別為10%和25%。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在NG型材料中界面裂紋很常見(jiàn)，而牌號(hào)10和25的材料僅在特定區(qū)域存在裂紋，這是由于“柱向等軸轉(zhuǎn)變”（FGM的微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變），析出或含有鈦、鋁或鉻雜質(zhì)。另外，牌號(hào)25型材料的抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率最高。

研究結(jié)果表明，功能梯度材料的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，高度依賴(lài)各組分的梯度比。因此，這類(lèi)材料具有實(shí)現(xiàn)最小甚至沒(méi)有缺陷的潛力。Shim教授表示：“這些發(fā)現(xiàn)將促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展和進(jìn)步，如降低成本、延長(zhǎng)設(shè)備組件壽命和增強(qiáng)功能。”該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃，未來(lái)使用新型FGM材料，通過(guò)AM技術(shù)來(lái)制造形狀復(fù)雜的零部件。

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