日前，日立制作所和日本東北大學(xué)開發(fā)出了利用金屬3D打印機對拉伸強度和耐腐蝕性出色的高熵合金“HiPEACE”（Hitachi Printable Extreme Alloy for Corrosive Environment）實施造型的技術(shù)。與利用金屬3D打印機的以往方法相比，拉伸強度可提高至1.2倍，點蝕電位可提高至1.7倍（圖1）。用于制造化學(xué)工廠等的設(shè)備部件時，可延長設(shè)備壽命、提高運轉(zhuǎn)率。

圖1：鑄造、使用金屬3D打印機的以往方法和新方法在合金組織及特性方面的比較

新技術(shù)使用“粉末床熔融”式金屬3D打印機，原理是向平鋪的粉末材料照射激光及電子束，使截面形狀熔融并凝固。采用這種方式時，凝固速度越快，金屬間化合物就越微細(xì)，越能均勻分散，拉伸強度及耐腐蝕性也就更高。

為此，日立和日本東北大學(xué)調(diào)整了造型時的電子束能量及掃描速度，并將預(yù)熱處理的溫度（預(yù)熱溫度）控制到必要的最低限度。預(yù)熱處理是在用電子束掃描截面形狀使粉末熔融之前，事先向粉末整體照射低能量電子束。如果降低預(yù)熱溫度，就會拉大與熔融溫度之間的溫度差，從而提高凝固速度。

這樣便可在具備高耐腐蝕性的基體相中均勻分散數(shù)十nm左右的高硬度金屬間化合物。憑借這一點，在使用HiPEACE作為造型材料時，與利用以往金屬3D打印機的造型相比，實現(xiàn)了1.2倍的1300MPa拉伸強度和1.7倍的0.85V vs Ag/AgCl點蝕電位。此次成功試制出了成分偏差少、均質(zhì)且形狀復(fù)雜的部件（圖2）。

 
圖2：利用新技術(shù)制作的葉輪

化工廠、油井及氣井開采設(shè)備等的部件通常曝露在強腐蝕性氣體中，為了確保安全性，要求具備高強度和耐腐蝕性。日立和日本東北大學(xué)著眼于拉伸強度、耐磨損性以及在高溫氧化和酸堿環(huán)境下耐腐蝕性出色的高熵合金，從2014年開始開發(fā)高強度高耐腐蝕性部件的制造技術(shù)。

不過，高熵合金由多種元素構(gòu)成，因此鑄造時容易出現(xiàn)成分偏差現(xiàn)象。并且其硬度也很高，難以加工。因此，日立和日本東北大學(xué)開發(fā)了使用金屬3D打印機、網(wǎng)眼狀析出高硬度金屬間化合物的技術(shù)，成功將拉伸強度提高到了鑄造的1.4倍。此次，為了獲得實用化所要求的更高的拉伸強度和高耐腐蝕性，改進(jìn)了利用金屬3D打印機實施造型的技術(shù)。

今后雙方將瞄準(zhǔn)實用化，推進(jìn)實際使用環(huán)境下的實證實驗。此次的新技術(shù)預(yù)定在2月14～18日于美國田納西州舉行的國際學(xué)會“TMS (The Minerals, metals & Materials Society)2016”上發(fā)表。