《Nature》重磅論文：NASA 開發(fā)出新型超高溫合金，強(qiáng)度再提高2倍

2023年4月23日，南極熊獲悉，來自 NASA 和俄亥俄州立大學(xué)的一組創(chuàng)新者開發(fā)了一種名為GRX-810的新型彌散強(qiáng)化高溫合金，這是 3D 打印高溫材料的一項(xiàng)突破，可以為飛機(jī)和航天器制造更堅(jiān)固、更耐用的部件。

Smith 和他的 Glenn 同事 Christopher Kantzos 共同發(fā)明了 GRX-810型高溫合金。這項(xiàng)研究結(jié)果被發(fā)表在《Nature》雜志上發(fā)表的一篇同行評審論文中，論文題目為“A 3D printable alloy designed for extreme environments”。來自格倫、美國宇航局位于加利福尼亞硅谷的艾姆斯研究中心、美國宇航局位于阿拉巴馬州亨茨維爾的馬歇爾太空飛行中心和俄亥俄州立大學(xué)的參與者團(tuán)隊(duì)共同撰寫了這篇論文。

相關(guān)論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-05893-0

這項(xiàng)論文的主要作者、克利夫蘭美國宇航局格倫研究中心的Tim Smith博士說：“這種高溫合金有可能顯著提高航空和太空探索中所使用零部件的強(qiáng)度和韌性。”

Smith 和他的團(tuán)隊(duì)采用省時的計(jì)算機(jī)建模軟件以及激光粉末床熔融 3D 打印 (LPBF) 設(shè)備來生產(chǎn)樣品部件。他們使用這一方法制作了下圖所示的 NASA 徽標(biāo)。

△3D 打印的宏觀照片，由 GRX-810 制成，這是一種氧化物彌散強(qiáng)化 (ODS) 高溫合金

GRX-810是一種氧化物彌散強(qiáng)化合金，其強(qiáng)化機(jī)理是通過微小的氧化物顆粒彌散分布整個合金基體，從而增強(qiáng)了合金的強(qiáng)度。這種合金非常適合用于制造高溫應(yīng)用的航空航天部件，例如飛機(jī)和火箭發(fā)動機(jī)內(nèi)部的部件，因?yàn)樗鼈兛梢栽谶_(dá)到斷裂點(diǎn)之前承受更惡劣的條件。

△1,093 °C 時高溫合金蠕變斷裂壽命的散點(diǎn)圖。與目前用于 3D 打印高溫應(yīng)用的鍛造合金相比，GRX-810 具有出色的蠕變性能

當(dāng)前最先進(jìn)的 3D 打印高溫合金，如Haynes、Hastelloy 和 Inconel系列，可以承受高達(dá) 2,000 華氏度的溫度。與那些相比，GRX-810 的強(qiáng)度是它們的兩倍，耐用性是它們的 1,000 多倍，抗氧化性也是它們的兩倍。

美國宇航局轉(zhuǎn)型工具和技術(shù)項(xiàng)目副項(xiàng)目經(jīng)理戴爾霍普金斯說：“這種新合金是一項(xiàng)重大成就。在不久的將來，它很可能成為 NASA Glenn 有史以來最成功的技術(shù)專利之一?！?/div>

在 2019 年，NASA 還支持過一款名為 GRCop-42 的新材料開發(fā)，這是一種高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的銅基合金，由位于阿拉巴馬州的美國宇航局馬歇爾太空飛行中心（MSFC）和位于俄亥俄州的美國宇航局格倫研究中心（GRC）的一個團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造。

△在 GRCop-42 的 Velo3D 藍(lán)寶石系統(tǒng)上打印的橫截面推力室。腔室壁包含用于再生冷卻的內(nèi)部通道

GRX-810銅合金已被多家公司（包括著名的 Velo3D）廣泛用于增材制造，以生產(chǎn)近乎完全致密的 3D 打印部件，例如燃燒室里襯和燃料噴射器。該合金是在美國宇航局的轉(zhuǎn)型工具和技術(shù)項(xiàng)目下開發(fā)的，得到了該機(jī)構(gòu)發(fā)展計(jì)劃的支持。