极限抗拉强度1100 MPa，德国亚琛3D打印高熵合金NADEA

随着金属3D打印日趋受到重视，可打印的金属合金材料也在不断的获得研发领域的突破。化工厂、油井及气井开采设备等的部件通常曝露在强腐蚀性气体中，为了确保操作中的安全性，这就要求这些部件具备高强度和耐腐蚀性，高熵合金在其中扮演了重要的角色。以往，这些高熵合金是通过铸造出来的，然而，铸造时容易出现成分偏差现象。并且硬度很高，难以进行后期的机械加工。

根据3D科学谷的市场观察，3D打印在高熵合金的制备方面提供了一条曲径通幽的解决办法。

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图片来源：ACCESS

微观层面提升价值

ACCESS是与德国亚琛工业大学（RWTH）相关的独立研究中心，特别专注于金属材料和铸造工艺，与合作伙伴一起，ACCESS开发了一种新的具有双相钢（1.4517）材料特点的材料NADEA，该系列基于无钴的高熵合金AlxCrFe2Ni2，并添加了其他合金成分，例如钼（Mo）。

L-PBF工艺（激光粉末熔化工艺），由AlxCrFe2Ni2合金粉末制造的半轴叶轮。切割表面显示出集成的用于轻量化目的的点阵结构。©Oerlikon AM GmbH

 有吸引力的双相钢替代品

NADEA是设计用于直接能量沉积和激光粉末熔化工艺加工的高熵合金，是双相钢的一种有吸引力的替代品。与双相钢不同，NADEA不含sigma阶段，可进行多种热处理。

NADEA的性能（*下载有关NADEA详细资料请根据文后提示加入科学谷QQ群）©Access

NADEA的化学成分可确保稳固的加工窗口，良好平衡的微观结构和便利的强度/延展性平衡。经过DED-直接能量沉积加工和退火后，NADEA的屈服强度达到600 MPa以上，极限抗拉强度为1100 MPa，伸长率为27％。此外，NADEA还具备优异的耐磨性和良好的耐腐蚀性。

NADEA材料潜在的应用领域是石油和天然气，近海，采矿和化学工业。

除了ACCESS和弗劳恩霍夫Fraunhofer ILT激光研究所，其他合作伙伴包括AGH科技大学，以色列理工学院，鲁汶大学，奥托·容克有限公司和欧瑞康。

Fraunhofer ILT超高速激光熔覆技术

3D科学谷Review

 双相钢

根据3D科学谷的市场观察，双相钢方面，此前，在IDAM联合项目成员亚琛工业大学数字制造DAP学院、Fraunhofer ILT弗劳恩霍夫激光技术研究所、慕尼黑工业大学金属成型和铸造学院、GKN粉末冶金，宝马集团等共同努力下，证明了DP 600双相钢在汽车市场上工业化的巨大潜力。这是一种双相钢，可以使用热处理方法调节其机械性能。

DP 600双相钢气体雾化材料已在EOS M300-4系统上进行了验证，其伸长率达到13％（原样），达到22％（经热处理），拉伸强度达到700 MPA（经过热处理）。这些特性使得双相钢材料成为汽车及其他工业市场结构性件应用的理想选择。而通过将水雾化粉末用于未来应用，可以进一步降低零件成本。

 HiPEACE高熵合金

根据3D科学谷的市场观察日立制作所和日本东北大学开发出了在拉伸强度和耐腐蚀性能方面出色的3D打印高熵合金“HiPEACE”。日立和日本东北大学调整了粉末床的电子束能量及扫描速度，并将预热处理的温度（预热温度）控制到必要的最低限度。通过降低预热温度，拉大与熔融温度之间的温度差，从而加快凝固速度。通过在具备高耐腐蚀性的基体相中均匀分散数十nm左右的高硬度金属间化合物。日立成功试制出了成分偏差少、均质且形状复杂的部件。与以往的其他制造方法相比，HiPEACE拉伸强度达到铸造方式的1.4倍，点蚀电位提高至1.7倍。用于制造化学工厂等的设备部件时，可延长设备寿命、提高运转率。

此前，来自北卡罗来纳州立大学和卡塔尔大学的研究人员开发出一种新的“高熵合金”具有较高的强度重量比，超出其他任何现有的金属材料。不过该合金的主要问题是，它含有百分之20的钪，这是极其昂贵的。如果继续研究可以更换或淘汰钪合金，将为交通工具的轻量化市场带来巨大的想象空间。

 国内进展举例

根据西安交通大学的专利CN104308153B，西安交通大学开发了基于选区激光熔化的高熵合金涡轮发动机热端部件的制造方法，从钨、钛、锆、铪、钒、铌、钽及钼八种高熔点金属粉末中选取任意五种或者五种以上，按照一定摩尔比均匀混合，制得高熵合金粉末。通过选区激光熔化技术快速成形出涡轮发动机热端部件坯体，然后对坯体进行热处理、精加工，得到高温性能良好的高熵合金涡轮发动机热端部件。成形的涡轮发动机热端部件具有高的致密度和优越的高温性能，同时具有较高的成形精度和表面精度，能够实现高性能涡轮发动机热端部件的快速精确制造。

此外，来自新加坡科技设计大学（SUTD），南洋理工大学（NTU），华中科技大学和湖南大学的研究人员合作，还对高熵合金HEA 3-D打印的最新成果进行了详尽的综述。该研究发表在《Advanced Materials》上。

增材制造的心脏-亚琛

从1995年开始，亚琛的Fraunhofer就一直在推动增材制造突破界限，从混合制造，到选区激光熔化技术SLM的专利诞生，到模具应用开发、植入物应用开发等等，亚琛这里聚集了技术与应用两条主线的前沿发展趋势。

以亚琛Fraunhofer ILT, 亚琛Fraunhofer IPT，亚琛工业大学等机构为基础成立了亚琛增材制造中心ACAM（Aachen Center for Additive Manufacturing）。正文中的ACCESS是ACAM的研究伙伴之一。ACAM目前有超过100多名科研人员从事增材制造的科研，解锁增材制造复杂奥秘，ACAM集中亚琛的优势资源推动增材制造认证、联合研发、培训教育、产业孵化等多方面的发展。

2020年，ACAM 开展的研究主题则包括：

• 金属binder jeting基准
• 后处理方法的基准测试，包括自动后处理（金属和塑料）
• 从激光粉末床熔化LPBF制造的零件中自动去除粉末
• 通过可变光束直径，提高激光粉末床熔化LPBF生产率
• LPBF和EBM的工具钢案例研究
• 基于LMD的工具钢增材制造可行性研究
• 高温应用的高熵合金，通过LPBF加工形状记忆合金和金属玻璃
• 信任增材制造设备：开发用于LPBF和DED机器认证的方法

ACAM德国联合总裁Kristian Arntz博士在中国科协年会上的演讲视频