劉教授的團隊最近提出了利用增材製造設計 具有新穎微觀結構和卓越性能的獨特異質合 金的新思路，這為鈦合金的設計開闢了一個 新的製造領域。這是傳統製造方法所無法實 現的，並且具有廣泛的結構應用前景。該論 文最近發表在著名的科學雜誌《科學》上， 題為“通過增材製造進行濃度調製的先進鈦 合金的原位設計”[3]。

大多數人認為 3D 列印是一項革命性的技術， 只需一步即可生產出形狀複雜的機器零件； 然而，研究團隊透露，不止於簡單地列印幾 何形狀，它在設計材料方面也具有重要潛力。

冶金學家通常認為合金如果缺乏均勻性會導 致脆性。增材製造過程中的關鍵問題之一是 如何在快速冷卻過程中消除這種不均勻性。 他的團隊發現，組件中具有一定程度的異質 性實際上可以產生獨特且異質的微觀結構， 從而增強合金的性能。所提出的方法是使用 聚焦雷射光束熔化和混合兩種不同的合金， 即鈦合金粉末和不銹鋼粉末。通過在 3D 列 印過程中控制鐳射功率及其掃描速度等參 數，該團隊成功地以可控的方式列印了新型 非均勻成分的合金。

除了使用增材製造之外，兩種粉末混合物的 成分是在新合金中創造具有高亞穩性的前所 未有的熔岩狀微結構的另一個關鍵。這些獨 特的微觀結構使合金非常堅固且具有延展性。

雖然不銹鋼的重量通常為每立方釐米 7.9 克，但新合金僅為每立方釐米 4.5 克，重量 減輕了約 40%。具有熔岩狀微觀結構的鈦合 金表現出約 1.3 吉帕斯卡的高抗拉強度和約 9% 的均勻伸長率。它還具有超過 300 兆帕 的出色加工硬化能力，可在斷裂前保證較大 的安全裕度，這在結構應用中很有用。這些 優異的性能有望在航空航天、汽車、化工和 醫療等行業的各種場景中進行結構應用。

劉教授團隊開發的異質鈦合金非常堅固，且具有良好的延 展性和較低的密度 [3]。

參考文獻

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.