近日，美國華盛頓州立大學首次實現利用3D打印技術一步成形出由兩種不同材料組成的梯度復合材料結構，能夠有效減少制造流程，快速制造出具有多種材料的復雜構件。該研究成果發表在5月份的《增材制造》雜志上。

　　金屬-陶瓷梯度復合材料具有金屬和陶瓷特性的優點，其中在陶瓷側具有高硬度以及良好的耐磨性和耐腐蝕性，在金屬側具有良好的延展性、高導熱性和導電性。制造金屬-陶瓷梯度復合材料的傳統方法是壓制和燒結，不僅需要多個耗時的步驟，并且缺乏對金屬-陶瓷過渡區域的控制。采用基于粉末床的增材制造工藝可用于制造金屬-陶瓷梯度材料，但該方法在加工期間需要多個步驟（例如預混合粉末和轉換粉末），效率低下。并且，由于陶瓷和金屬材料之間的熱傳導性和熱膨脹系數顯著不同，因此使用增材制造金屬-陶瓷梯度結構仍存在許多困難。

　　激光工程化凈成形（LENSTM）是一種直接能量沉積增材制造技術，采用激光束作為能量源，在基板上形成熔池，并在其上供給粉末。該技術可用于制造金屬和陶瓷材料、雙金屬材料和高硬度陶瓷涂層。研究人員利用LENS工藝制造出了由Ti6Al4V合金、Ti6Al4V+Al2O3復合材料和純Al2O3陶瓷不同截面所組成的金屬-陶瓷梯度結構，并對Ti-Al2O3梯度結構的橫截面進行顯微結構表征、相分析、元素分布和顯微硬度測量。結果顯示，每個部分都有其獨特的微觀結構和相。

　　此外，研究(jiu)人(ren)員(yuan)還采用LENS工藝，制(zhi)(zhi)造出了鎳鉻-銅梯度結構(gou)。鎳基(ji)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)合金Inconel 718是(shi)一種高(gao)(gao)溫(wen)(wen)耐(nai)腐蝕材(cai)料(liao)，在燃氣輪(lun)機(ji)和(he)火箭(jian)發(fa)動(dong)機(ji)中得到了廣泛的(de)(de)(de)應用。該材(cai)料(liao)耐(nai)高(gao)(gao)溫(wen)(wen)性能良(liang)好，但(dan)是(shi)熱(re)導率(lv)低。研究(jiu)人(ren)員(yuan)通過在Inconel 718上沉積GRCop-84，Inconel 718的(de)(de)(de)熱(re)導率(lv)將(jiang)會提高(gao)(gao)，同(tong)時保持Inconel 718在高(gao)(gao)溫(wen)(wen)下的(de)(de)(de)高(gao)(gao)強度。與純(chun)Inconel 718合金相比，熱(re)擴散率(lv)提高(gao)(gao)250％，電導率(lv)提高(gao)(gao)300％，可(ke)提高(gao)(gao)飛機(ji)發(fa)動(dong)機(ji)的(de)(de)(de)壽(shou)命和(he)燃油效率(lv)，為下一代航空航天結構(gou)件的(de)(de)(de)制(zhi)(zhi)造開辟了新的(de)(de)(de)多材(cai)料(liao)金屬增材(cai)制(zhi)(zhi)造的(de)(de)(de)可(ke)能性。