在极端环境如电力发电涡轮机中，对材料的强度和耐热性有着极高的要求。科学家们开发了一种新方法，通过3D打印和中子技术分析，制造出更强大的金属，用于这些极端环境。

这项研究中，科学家们考察了由两种高强度、高耐热金属组成的创新“超级合金”。这些合金是通过3D打印技术制造的，该技术使用激光将金属粉末塑造成特定形状。随后，他们利用中子对打印金属的内部结构进行了分析。研究显示，热处理有效地缓解了制造过程中产生的压力。此外，发现这些压力更多地受到特定制造参数的影响，而不是金属的化学成分。

研究团队巧妙地使用基于激光的3D打印技术，制造了两种不同金属Inconel 718和René 41的合金，且没有出现任何裂纹。中子实验促进了一种改进方法的发展，以准确高效地评估整个制造过程中金属内部产生的压力水平。这些发现将有助于生产更坚固、更先进的合金，并降低制造成本。这些合金对于极端环境的应用至关重要。
增材制造，或3D打印，是通过逐层构建来制造金属零件和其他类型材料的新技术。这项由通用电气、爱迪生焊接研究所和橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员进行的研究项目，打印了一种由Inconel 718和René 41组成的合金，两端具有不同成分，中间为成分梯度区域。研究评估了合金的压力和成分变化。为此，研究人员在ORNL的散裂中子源（SNS）和高通量同位素反应堆（HFIR）进行了中子实验，这两个都是能源部科学办公室的用户设施。中子非常适合研究材料内部的压力，因为它们能够穿透密集的金属。

使用SNS的VULCAN衍射仪和HFIR的MARS成像仪器，研究人员测量了残余晶格应变的分布，以了解材料的残余压力和组成在不同加工阶段的变化。中子研究揭示了主要由制造过程引起的残余压力，并通过热处理得以缓解。发现激光停留时间越长或能量水平越高，压力越严重。中子研究还帮助建立了一种更有效的公司分析金属和改进其用途的方法，使用增材制造以更低的成本制造更好的零件。
这项研究为3D打印超级合金的开发提供了新的视角，特别是在极端环境下的应用。通过中子技术对制造过程中的压力进行分析，科学家们能够开发出更耐用、成本效益更高的合金。我们邀请您在评论区分享您对这项技术的看法，以及您认为这种新型合金将如何影响未来的工业制造。
参考资料：DOI： 10.3389/ftmal.2022.1070562