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2024年2月8日，重庆大学黄晓旭教授团队与澳大利亚昆士兰大学Matthew S. Dargusch教授团队合作，在《Science》杂志上发表了题为“Ultra-uniform, strong, and ductile 3D printed titanium alloy through bifunctional alloy design”的研究成果。值得一提的是，在此之前，重庆大学在材料科学领域已有6篇论文发表在《Science》和《Nature》杂志上，显示了该校在材料科学领域的突出研究实力。
3D打印（增材制造）金属材料通常呈现粗大的柱状晶和不均匀分布的组成相。这样的组织结构不仅导致构件的力学性能呈现不均匀性，同时也会降低构件的力学性能。对于常用金属材料（例如亚稳态β钛合金、可热处理铝合金以及镍基高温合金等），其3D打印构件普遍出现柱状晶与不均匀分布相的共存现象，从而对获得均匀且优异的力学性能提出了严峻的挑战。
针对上述问题，研究团队提出一种“一箭双雕”的合金设计策略。采用Ti−5Al−5Mo−5V−3Cr（简称Ti-5553）作为模型合金，通过添加钼（Mo）纳米颗粒，实现了单一添加物的双重功能性：(1) 在凝固过程，未完全溶解的钼颗粒通过晶粒细化消除柱状晶组织；（2）在固态相变过程，溶解的钼抑制有害相的析出。这种双功能添加物引起的微观组织变化不仅促使模型合金获得高度均匀的力学性能，还同时提高了模型合金的强度和塑性。该研究展现如何通过单一添加消除3D打印金属材料的不利组织，为直接获得所需合金的打印力学性能提供了思路。
Mo纳米颗粒的添加显著提高了3D打印Ti-5553合金的力学性能及其均匀性
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj0141
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