刘教授的团队最近提出了利用增材制造设计 具有新颖微观结构和卓越性能的独特异质合 金的新思路，这为钛合金的设计开辟了一个 新的制造领域。这是传统制造方法所无法实 现的，并且具有广泛的结构应用前景。该论 文最近发表在著名的科学杂志《科学》上， 题为“通过增材制造进行浓度调制的先进钛 合金的原位设计”[3]。

大多数人认为 3D 列印是一项革命性的技术， 只需一步即可生产出形状复杂的机器零件； 然而，研究团队透露，不止于简单地列印几 何形状，它在设计材料方面也具有重要潜力。

冶金学家通常认为合金如果缺乏均匀性会导 致脆性。增材制造过程中的关键问题之一是 如何在快速冷却过程中消除这种不均匀性。他的团队发现，组件中具有一定程度的异质 性实际上可以产生独特且异质的微观结构， 从而增强合金的性能。所提出的方法是使用 聚焦雷射光束熔化和混合两种不同的合金， 即钛合金粉末和不锈钢粉末。通过在 3D 列 印过程中控制镭射功率及其扫描速度等参 数，该团队成功地以可控的方式列印了新型 非均匀成分的合金。

除了使用增材制造之外，两种粉末混合物的 成分是在新合金中创造具有高亚稳性的前所 未有的熔岩状微结构的另一个关键。这些独 特的微观结构使合金非常坚固且具有延展性。

虽然不锈钢的重量通常为每立方厘米 7.9 克，但新合金仅为每立方厘米 4.5 克，重量 减轻了约 40%。具有熔岩状微观结构的钛合 金表现出约 1.3 吉帕斯卡的高抗拉强度和约 9% 的均匀伸长率。它还具有超过 300 兆帕 的出色加工硬化能力，可在断裂前保证较大 的安全裕度，这在结构应用中很有用。这些 优异的性能有望在航空航天、汽车、化工和 医疗等行业的各种场景中进行结构应用。

刘教授团队开发的异质钛合金非常坚固，且具有良好的延展性和较低的密度 [3]。

参考文献

1. Yang, T, Zhao, YL, Li, WP, Yu, CY, Luan, JH, Lin, DY, Fan, L, Jiao, ZB, Liu, WH, Liu, XJ, Kai, JJ, Huang, JC & Liu, CT 2020, 'Ultrahigh-strength and ductile superlattice alloys with nanoscale disordered interfaces', Science (New York, N.Y.), vol. 369, no. 6502, pp. 427-432.

2. Yang, T, Zhao, YL, Tong, Y, Jiao, ZB, Wei, J, Cai, JX, Han, XD, Chen, D, Hu, A, Kai, JJ, Lu, K, Liu, Y & Liu, CT 2018, 'Multicomponent intermetallic nanoparticles and superb mechanical behaviors of complex alloys', Science (New York, N.Y.), vol. 362, no. 6417, pp. 933-937.

3. Zhang, T, Huang, Z, Yang, T, Kong, H, Luan, J, Wang, A, Wang, D, Kuo, W, Wang, Y & Liu, C-T 2021, 'In situ design of advanced titanium alloy with concentration modulations by additive manufacturing', Science, vol. 374, no. 6566, pp. 478-482.