創新3D列印合金技術：減少鎳用量，不鏽鋼強度依舊

全球超過70%的鎳供應用於製造不鏽鋼，這種成本效益高、強度佳且耐腐蝕的合金廣泛應用於建築、交通運輸、醫療器材開發等領域。然而，東北大學和清華大學的研究團隊指出，過去二十年間全球鎳供應的波動對穩定生產構成了重大挑戰。

東北大學先進材料研究所（WPI-AIMR）的助理教授王潤茲表示：「在減少鎳用量的同時保持材料強度，已成為確保永續性和結構完整性的關鍵目標。」為滿足這一需求，王教授帶領團隊開發了一種新型不鏽鋼合金，這種合金無需新增鎳即可保持強度。他們的研究成果於1月25日發表在《增材製造》期刊上。

王教授進一步解釋：「考慮到不鏽鋼生產消耗了全球鎳供應的很大一部分，這項研究提出了一個創新解決方案：利用增材製造技術製造雙金屬不鏽鋼結構。這種方法提供了一種永續替代方案，能夠穩定成本並確保長期資源供應。」

300系列或奧氏體不鏽鋼是所有不鏽鋼中鎳含量最高的，佔不鏽鋼總產量的54%。為了達到與300系列相同的效能，研究人員轉向了一種被歸類為「鐵素體」的無鎳不鏽鋼，這種不鏽鋼具有磁性，並且能夠抵抗應力和腐蝕引起的開裂。

無鎳鐵素體不鏽鋼作為含鎳不鏽鋼的成本效益替代品重新受到關注，但其斷裂強度和硬化率低於奧氏體不鏽鋼，這限制了其工業應用。由這兩種不鏽鋼製成的混合雙金屬結構提供了一個有前景的解決方案，平衡了材料效能和鎳消耗。因此，這項研究的主要挑戰是在減少對鎳依賴的同時保持不鏽鋼的強度。

研究人員利用增材製造（一種3D列印技術），從無鎳鐵素體不鏽鋼和奧氏體不鏽鋼中製造出一種複合結構。他們特別採用了一種稱為線弧定向能量沉積的技術，該技術透過焊接沉積金屬層。

製造完成後，研究人員分析了雙金屬結構的元素分佈和機械效能。他們發現，兩種金屬介面處的微觀結構顯示出與單獨元件相比，硬度和強度均有所增加的特徵。

這項研究為低成本、高效能的不鏽鋼製造做出了貢獻，並保持了材料強度，這將有助於降低材料成本、提高產品耐用性，並促進未來的永續金屬製造實踐，從而惠及產業和消費者。