用3D打印机制造的“高温合金”可以减少发电厂的排放

来自美国桑迪亚国家实验室、艾姆斯国家实验室、爱荷华州立大学和布鲁克公司的一组科学家使用3D打印机制造了一种高性能金属合金或高温合金，这种合金具有不同寻常的成分，使其比目前用于燃气轮机机械的最先进材料更坚固、更轻。

这一发现可能会对能源部门以及航空航天和汽车行业产生广泛影响，并指出了一种尚未发现的新型类似合金。

桑迪亚大学的科学家安德鲁·库斯塔斯说:“我们正在证明，这种材料可以实现以前无法实现的高强度、低重量和高温弹性的组合。”“我们认为，我们取得这一成就的部分原因在于增材制造方法。”

化石燃料发电厂和核电站都依赖热量来驱动涡轮机发电。但是发电厂的效率受到金属涡轮部件温度的限制。

如果涡轮机可以在更高的温度下运行，那么就可以将更多的能量转化为电能，同时减少释放到环境中的废热。

这种新型高温合金由42%的铝、25%的钛、13%的铌、8%的锆、8%的钼和4%的钽组成。在800℃的高温下，这种合金比许多其他高性能合金(包括目前用于涡轮部件的那些合金)都要坚固，当它恢复到室温时仍然更坚固。

“因此，这对于更经济的能源和环境来说是一种双赢，”桑迪亚核电站的核工程师萨尔·罗德里格斯(Sal Rodriguez)说，他没有参与这项研究。

航空航天研究人员寻求在高温下保持坚固的轻质材料，也可以从这种高温合金中受益。

3D打印作为一种多功能和节能的制造方法已经被广泛应用。它使用高功率激光来闪熔材料，通常是塑料或金属，然后在熔化的材料迅速冷却和凝固的过程中层层沉积，形成一个物体。

研究人员将这项技术重新定位为一种快速、有效的方法，通过使用3D打印机将粉状金属熔化在一起，然后立即生产出它的样品，来制造新合金。

库斯塔说:“我们有很多将两种或三种元素结合起来制成有用的工程合金的例子。”“现在，我们开始在一种材料中研究四种或五种或更多。从材料科学和冶金学的角度来看，这才是真正开始变得有趣和具有挑战性的时候。”

展望未来，该团队有兴趣探索先进的计算机建模技术是否可以帮助研究人员发现更多可能是增材制造生产的新型高性能高温合金的成员。

“这些是极其复杂的混合物，”没有直接参与这项研究的桑迪亚科学家迈克尔·钱罗斯说。“所有这些金属在微观甚至原子水平上相互作用，正是这些相互作用真正决定了金属的强度，它的延展性，它的熔点等等。

“我们的模型消除了冶金学的很多猜测，因为它可以计算出所有这些，使我们能够在制造新材料之前预测它的性能。”