【中新社北京八月二十九日電】（記者孫自法）記者二十九日從中國科學院金屬研究所獲悉，該所研究團隊最近研發成功一種新型3D打印（也稱增材製造）後處理技術，製造出被譽為「全能」抗疲勞的鈦合金材料，刷新了金屬材料抗疲勞世界紀錄。

　這項為3D打印技術在高精尖領域應用掃除一個重大障礙的重要研究，由中國科學院金屬研究所張哲峰和張振軍研究員團隊完成，相關成果論文近日在國際學術期刊《科學進展》發表。

　研究團隊解釋稱，「全能」抗疲勞是指在各種應力比條件下都表現出前所未有的抗疲勞能力，即抵抗反覆受力而不損壞的能力。

　他們介紹說，3D打印能輕鬆製造出結構複雜、輕量化的金屬零件，這對於追求減重和一體化的新一代飛機、航天器等高端裝備來說極具吸引力，但長期以來，3D打印出來的金屬零件有個「硬傷」──疲勞性能差，就是反覆受力後容易產生裂紋甚至斷裂，這嚴重限制了其關鍵應用。

　二０二四年初，研究團隊發明一種淨增材製造（NAMP）的新工藝，能精確控製材料的內部結構和缺陷，用新工藝製備的一種最常用的鈦合金可同時消除微孔和粗大組織──兩者都是導致疲勞的元兇。這種新材料在循環「拉-拉」應力條件下，打破了衡量輕質材料性能關鍵指標「比疲勞強度」的世界紀錄，證明3D打印材料也能擁有頂級的抗疲勞能力。

　不過，現實中的金屬零件如飛機發動機葉片、起落架等受力情況非常複雜，不但存在「拉-拉」也存在「拉-壓」等情況，也就是應力比在變化，而不同的應力比會引發材料內部不同的損壞機制。此外，傳統的鈦合金微觀組織結構往往「偏科」：只在某些特定的應力比下表現出好的一面，換了另一種應力比就可能表現不佳。這就使得製造一種能「通吃」所有工況的材料非常困難。

　在本項研究中，面對這個更複雜難題，研究團隊分析揭示出鈦合金中幾種容易導致疲勞開裂的薄弱環節，以及它們在哪種受力模式下會「發作」。在此基礎上，研究團隊利用NAMP工藝製造了近乎無孔洞的3D打印組織，可同時優化所有這些薄弱環節，這種3D打印鈦合金具備在全應力比條件下都保持高疲勞強度的特性。

　實驗數據表明，在不同應力比的疲勞測試中，「全能」抗疲勞鈦合金材料「比疲勞強度」全面優於所有金屬材料。◇