2024年2月8日，重慶大學材料學院黃曉旭教授團隊與澳大利亞昆士蘭大學Matthew S. Dargusch教授團隊合作，在《Science》上發表題為“Ultra-uniform, strong, and ductile 3D printed titanium alloy through bifunctional alloy design”的研究成果。此前，重慶大學在材料科學領域已有6篇論文發表在《Science》和《Nature》上。
論文發表頁面
3D打印（增材制造）金屬材料通常呈現粗大的柱狀晶和不均勻分布的組成相。這樣的組織結構不僅導致構件的力學性能呈現不均勻性，同時也會降低構件的力學性能。對于常用金屬材料（例如亞穩態β鈦合金、可熱處理鋁合金以及鎳基高溫合金等），其3D打印構件普遍出現柱狀晶與不均勻分布相的共存現象，從而對獲得均勻且優異的力學性能提出了嚴峻的挑戰。
針對上述問題，研究團隊提出一種“一箭雙雕”的合金設計策略。采用Ti?5Al?5Mo?5V?3Cr（簡稱Ti-5553）作為模型合金，通過添加鉬（Mo）納米顆粒，實現了單一添加物的雙重功能性：(1) 在凝固過程，未完全溶解的鉬顆粒通過晶粒細化消除柱狀晶組織；（2）在固態相變過程，溶解的鉬抑制有害相的析出。這種雙功能添加物引起的微觀組織變化不僅促使模型合金獲得高度均勻的力學性能，還同時提高了模型合金的強度和塑性。該研究展現如何通過單一添加消除3D打印金屬材料的不利組織，為直接獲得所需合金的打印力學性能提供了思路。
Mo納米顆粒的添加顯著提高了3D打印Ti-5553合金的力學性能及其均勻性
