研究人员已经使用一种新的3D打印技术创造了一种新的超级合金，它具有"以前无法实现的高强度、低重量和高温弹性的组合"--他们说这对航空航天和能源的影响是巨大的。

这种新型3D打印高温合金可帮助发电厂产生更多电力，同时排放更少的碳。这种种高性能金属合金，其成分不同寻常，这使得该合金比目前用于燃气轮机的最先进材料更坚固、更轻。

关于“超级合金”

据了解这种超级合金材料是由42%的铝、25%的钛、13%的铌、8%的锆、8%的钼和4%的钽组成，是"多主元素超级合金"或MPES的一个例子。大多数合金主要由一种主要元素制成，并与低浓度的其他元素结合以提高某些特性，但多主元素合金具有三种或更多元素的高浓度。在800℃时，这种“超级合金”被证明比许多其他高性能合金更强、更轻，包括目前用于发电厂涡轮机部件的合金。冷却后，这种强度似乎会增加得更多。

超级合金研发加工过程

美国桑迪亚国家实验室的研究人员与艾姆斯国家实验室、爱荷华州立大学和布鲁克公司的研究人员合作，发现了一种新的合金，它能抵抗高温，而且特别轻，看起来还结合了较低的蠕变倾向和高强度。

桑迪亚国家实验室是一个多学科研究机构，由霍尼韦尔国际公司的全资子公司桑迪亚国家技术和工程解决方案公司为美国能源部的国家核安全局管理和运营。

桑迪亚公司的科学家安德鲁-库斯塔斯表示："我们能够证明，使用这种材料，高强度、低重量和耐高温的前所未有的组合是可能的。我们相信我们已经通过增材制造方法部分实现了这一点。"

该研究小组称，各种各样的这些合金在一些指标上显示出巨大的前景；强度-重量、断裂韧性、耐腐蚀和耐辐射性、耐磨性等。但是这个团队探索的MPES子集在高温情况下的高强度方面表现出色。

在增材制造中，高功率的激光被用来融化材料 - 塑料或金属。然后，打印机将材料一层一层地打印出来，在融化的材料迅速冷却和凝固的同时建立起一个物体。

为了生产新的合金，将细粉状的起始材料按所需比例混合，形成均匀的粉末。然后，研究人员用高功率激光器在闪光灯下熔化这种粉末，使各部件粘合在一起。这就是样品组分被逐层建立起来的过程。因此，这项研究工作也表明，基于激光的增材制造工艺同样适合作为生产新材料的快速、高效方法。

“超级合金”的突出特性

与其他高温材料相比，这种新的超级合金具有一些突出的特性

"基于硬度和密度之比的MPES的比强度为1.8-2.6GPa-cm3/g，"研究报告中写道，"这一数值超过了所有已知的合金，包括金属间化合物和遗留的钛铝化物、难熔的MPEA以及传统的镍基超合金。根据测得的4.5GPa的峰值硬度[28]和8.2g/cm3的密度，这一特定强度比Inconel 718提高了300%，其比率为0.55GPa-cm3/g。"

它还被专门设计成可3D打印的粉末状，使其能够被布置成"不寻常的纳米级微结构"，研究小组发现其"对在800℃[1472°F]下暴露一小时不敏感"--比典型的煤基发电厂运行时的570多℃（1058°F）温度高得多。

事实上，3D打印过程接受了"成分分离的高纯度"粉末状原料--打印机本身在熔化成分金属时混合了合金。

“超级合金”的未来

艾姆斯国家实验室科学家尼克-亚吉贝表示："艾姆斯实验室领导的电子结构理论使我们能够理解这些有用特性的原子起源，我们现在正在优化这类新的合金，以克服制造和可扩展性方面的挑战。"在发电厂，这种超级合金可以帮助产生更多的电力，同时排放更少的二氧化碳。因此，这些结果可能会对能源部门和航空航天产生深远的影响，并指向一类新的、尚未被发现的类似合金。

这一发现也代表了合金开发的一个根本性转变，即没有任何一种金属占到合金的一半以上。埃姆斯和桑迪亚现在将与工业界合作，探索如何将这种合金用于汽车工业。

研究人员说，这项工作引出了一个更大的MPES材料类别，在航空航天和能源领域有着有趣的潜力。不过，在他们能够可靠地用这些合金生产出没有微观裂缝的大型部件之前，还需要对3D打印过程做进一步的工作，而且原料包括一些相当昂贵的金属，这将使这种特殊的MPES难以扩大规模，在成本是高度优先的应用中得到广泛使用。

桑迪亚公司的科学家Andrew Kustas在一份新闻稿中说："有了所有这些注意事项，如果这是可扩展的，并且我们可以用它制造出一个大宗的零件，这将改变游戏规则。研究显示，这种材料可以获得以前无法实现的高强度、低重量和高温弹性的组合。。"

在一个以航空航天为主题的论坛上，与会者讨论了该合金的特性以及对各种航空航天部件的潜在影响。他们提到了《今日应用材料》上发表的研究报告。

然而，有些方面仍然有待于工业应用。首先，可能很难在没有微观裂纹的情况下大量生产这种新的超级合金 - 这是增材制造中的一个普遍挑战。此外，该合金的初始材料很昂贵。因此，这种超级合金可能不适合用于消费品，因为保持低成本是首要问题。