据加州理工学院称，科学家们开发了一种新方法来制造具有精确定义的形状和成分的金属物体，从而对合金及其性能提供了前所未有的控制。这一进步可以生产“生物相容性和机械坚固性”的支架或“坚固但轻便”的卫星部件，以延长太空寿命。该技术可以确定最佳金属组合以获得预期结果，甚至可以制造出意想不到的坚固铜镍合金。
“如果你看看冶金学几个世纪以来是如何进行的，”朱莉娅·格里尔教授说，“你几乎总是从原矿石开始......基本上，机械性能......是有限的。她解释说，这种新方法可以微调化学成分和微观结构，以显着增强机械弹性。
该方法在 Small 中描述，由 Thomas T. Tran（25 年博士）开发，Rebecca Gallivan（23 年博士）为第二作者。它建立在 Greer 实验室使用水凝胶灌注增材制造 （HIAM）（一种 3D 打印）的早期工作之上。以前，HIAM 只能使用一种金属进行打印。Tran 将其扩展为打印具有不同成分的铜镍合金，这显着影响所得材料的性能。
该过程首先逐层 3D 打印水凝胶支架。该脚手架浸泡在金属盐溶液中。煅烧后（燃烧掉有机物），金属氧化物仍然存在。然后对它们进行还原退火：在富氢环境中加热，去除氧气并留下金属合金。
“成分可以按照您喜欢的任何方式变化，这在传统冶金工艺中是不可能的，”Greer 说。“我们的一位同事将这项工作描述为将冶金带入 21 世纪。”
通过分析合金的微观结构并进行机械测试，研究人员发现 HIAM 合金比其他方法制造的合金形成更均匀。他们使用透射电子显微镜观察到退火过程中受金属-氧化物转变影响的高度对称的晶体结构。
令人惊讶的是，这些合金的强度不仅取决于晶粒尺寸，还取决于成分。Cu12Ni88合金的强度几乎是Cu59Ni41合金的四倍。HIAM工艺中纳米级金属-氧化物界面的存在进一步增强了材料的强度。
该研究得到了美国能源部和美国国家科学基金会的支持。
