近日，據中國科學院消息，中國工程院外籍院士、香港城市大學教授劉錦川團隊創造性地提出了一種3D打印策略，通過調控熔池中不同粉末的混合程度，研發出一種高強度、高塑性的鈦合金。相關(guan) 研究成果日前發表於(yu) 《科學》。

一般來說，金屬材料中的成分不均勻性往往被視為(wei) 重大缺陷，也是研究人員一直努力避免的。一方麵，人們(men) 對成分不均勻性的積極作用缺乏足夠認識；另一方麵，傳(chuan) 統方法通常無法有效調控材料內(nei) 部的成分波動。

通過早前的計算模擬研究，研究人員發現，一定程度上的成分不均勻性有助於(yu) 製造出獨特的異構微觀結構，從(cong) 而提升材料的力學性能。因此，他們(men) 認為(wei) 材料的成分不均勻性可以被積極利用，並成為(wei) 有效的合金設計方法。

為(wei) 調控合金內(nei) 部的成分波動，研究人員采用了3D打印技術。這是一種單純的直接成型技術，但很少有人想到將其運用到合金設計中。在3D打印過程中，金屬粉末會(hui) 發生快速的熔化和凝固。由於(yu) 超快的冷卻速度，在熔池中產(chan) 生的成分梯度得以成功保留。

基於(yu) 這種新思路，研究人員嚐試在3D打印過程中將兩(liang) 種常見合金粉末（包括不鏽鋼粉末）進行混合打印。通過精心選擇的粉末種類以及特殊的打印參數，他們(men) 實現了可調控的微米級成分梯度。

劉錦川表示，這種微米級成分梯度不僅(jin) 帶來了相穩定性以及微觀組織在空間上的調製，還提高了鈦合金的力學性能，使其成為(wei) 目前3D打印鈦合金中所能實現的最小晶粒尺寸之一。

劉錦川還表示，這是一種具有熔岩狀微觀組織的亞(ya) 穩態鈦合金。“這種獨特的微觀結構給合金帶來了優(you) 異的力學性能和細小的晶粒結構，使合金在擁有超高強度的同時仍有極高的均勻變形能力，並保持鈦合金的低密度。”