中科院金属所开发出新型3D打印钴基超级合金，性能飙升！

3D打印技术参考注意到，《ScriptaMaterialia》期刊近日发表了中科院金属所关于“一种用于增材制造的新型高性能Co-Al-W基高温合金”的研究成果。研究人员采用激光定向能量沉积（L-DED）技术制备出高γ′含量的钴基高温合金ZGH688，该合金具有优异的抗开裂性和力学性能。

与现有的其他Ni/Co基超合金相比，3D打印制备的新Co-Al-W基高温合金在室温和高温下均表现出优异的力学性能，远高于同类技术制造的GH518、Co-Ni基高温合金和典型的镍基高温合金。这项工作展示了新型Co-Al-W基高温合金在增材制造中的巨大应用潜力，特别是在高温应用领域。

目前，在高温合金的增材制造领域中主要以镍基高温合金的研究占主导，因为它是飞机发动机热段中涡轮机叶片等结构部件的*材料。与镍基合金相比，钴基高温合金显示出更好的可焊性，因此降低了3D打印工艺过程中的裂纹敏感性。其中钴基超合金被认为是镍基合金在高温结构和功能应用中的*有前途的替代品。根据3D打印技术参考的日常总结，GE9X的燃油喷嘴、导流器、燃烧室混合器、T25传感器外壳等，均使用钴基合金3D打印。

独特的两相结构和优异的抗裂性能

研究人员在L-DEDZGH688高温合金中获得了高立方γ'相和极窄γ基体通道的独特两相结构。γ'相的体积分数为77.5±5.5%，超过了其他典型的增材制造Ni/Co合金。同时，γ′相的边长为47.7±7.6nm，具有良好的立方度。

除此之外，在L-DED制造的Co基合金中，位错与γ'相的相互作用对抗裂性能的影响优于Ni基高温合金，这主要归因于两个方面：分别为较低的热应力和位错密度以及通过高体积分数的γ'相弥散分布而使应力分布均匀。

3D打印性能远高于其他增材制造高温合金

研究人员对该高温合金制备完成后的机械性能进行了评估，ZGH688在室温下出现了应变硬化，在高温拉伸过程中出现软化，其极限抗拉强度（UTS）远高于其他增材制造高温合金，如GH518、Co-Ni基高温合金和典型的镍基高温合金。

在室温下，ZGH688的拉伸强度为1464MPa，断裂延伸率为20%。尽管其塑性低于GH5188，但抗拉强度表现出优异的性能。同时，ZGH688在高温下表现出比大多数增材制造制备的高温合金更高的屈服强度和延展性，在900℃和1000℃下，ZGH688合金的屈服强度分别为597MPa和287MPa，塑性分别为32%和48%。

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总之，这种新型的抗裂Co-Al-W基高温合金ZGH688具有优异的力学性能，可应用于内燃机及航空发动机系统。其内部γ′-Co3(Al，W)相的体积分数占比几乎是普通镍基合金的2倍。尽管γ′的含量较高，但Co、Ta、Al、W和Ni元素的合理配比使Co-Al-W基合金体系具有较小的MSAC、SAC和SCI值，使ZGH688表现出优异的力学性能。这些发现表明新开发的Co-Al-W基超合金在增材制造领域具有巨大的潜力。

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