随着3D打印材料的发展在添加剂技术中扮演着越来越重要的角色，许多研究人员寻求减少这些材料中潜在缺陷的策略。研究表明，控制功能梯度材料中组分材料的混合梯度可以改善材料的力学性能。
功能梯度材料(FGMs)是一种高性能材料，有望在航空航天、汽车、国防和医药领域应用。这些材料通常在极端温度和压力的条件下使用，因此，对它们来说，尽可能无缺陷是很重要的。现在，韩国海洋大学的研究人员已经找到了一种方法，通过操纵元素组成的梯度来最小化FGMs中的缺陷。
控制梯度比可使缺陷最小化
根据这项研究，在被称为定向能沉积的3D打印过程中，操纵组成材料的梯度比可以获得缺陷最小的高性能功能材料。
用于航空航天、汽车、医疗设备、国防等领域的材料需要承受极其恶劣的环境。材料中的小缺陷，即裂缝，会导致灾难性的后果和巨大的经济损失。然而，大多数材料无法承受如此高的温度和压力。在这种情况下，多材料(如FGMs)是理想的，它将不同的材料组合在一起以提高性能。
多材料通常是通过增材制造制造的，即不同材料的层在另一层上沉积。然而，由于材料性质的不同，边界层处普遍存在裂缝和气孔。FGMs试图通过在材料的体积上创造成分变化的“梯度”来减少这些裂缝。目前，韩国海洋大学的研究人员开发出了用铬镍铁合金718和不锈钢(STS) 316L合成高性能FGM的方法，并将其缺陷最小化。领导这项研究的Do-Sik Shim教授说:“铬镍铁合金718具有优异的性能，但价格昂贵。通过将其与STS 316L混合，我们不仅提高了其技术和商业优势，还提高了其经济可行性。”他们的研究结果发表在《材料研究与技术》杂志上。
在他们的工作中，研究小组使用定向能沉积技术将STS 316L沉积到Inconel 718上。他们创造了三种类型的FGMs，非梯度(NG)，其中包括一层STS直接沉积在Inconel上，梯度(10)和梯度(25)，混合梯度分别为10%和25%。他们发现，界面裂纹在NG型中很常见，而gradient(10)和gradient(25)只在特定区域有裂纹，这是由于“柱向等轴转变”(FGM微观结构的转变)、沉淀或钛、铝或铬杂质的夹杂。他们还发现，梯度(25)型显示出最高的抗拉强度和伸长率。
这些发现表明，FGM的微观结构和力学性能高度依赖于组分的梯度比，因此有可能在FGM中实现最小甚至没有缺陷。Shim教授说:“这些发现将导致该领域的改进，如降低成本，延长设备部件的寿命，增强功能。”该研究团队的未来计划包括使用新型女性生殖器切割技术，使用AM技术制造复杂形状的零件。
参考
原论文题目:定向能沉积法制备Inconel 718和STS 316L功能梯度材料的缺陷及其对力学性能的影响
期刊:材料研究与技术杂志
DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.01.029
作者:
杨承元a,b，尹宗川b，李hyub b，**，都植心c，*
社会兼职:
a韩国延世大学材料科学与工程系
b韩国工业技术研究院先进连接和增材制造研发部，韩国
c韩国海洋大学海洋先进材料融合工程系
韩国海洋大学
www.kmou.ac.kr /英语/ main.do
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