对于金属间化合物材料来说，当抗拉强度超过1000 MPa时，材料往往会变得异常脆硬，延展性通常不足5%。

　　而目前通过3D打印制造的金属间化合物，最高强度一般在800-1000 MPa范围，延展性也普遍低于15%。

　　您能想象，有什么样的合金材料可以同时达到1600 MPa的超高强度和35%的大延展性？

　　《Nature Communications》（DOI: 10.1038/s45-2）发表了由香港城市大学、联合深圳科技大学、哈尔滨工业大学（深圳）、中科院金属研究所等多家机构完成的最新研究成果。

　　这项研究通过增材制造实现，不仅解决了困扰材料界数十年的金属间化合物强韧性矛盾难题，更为航空航天、能源等高端制造领域带来全新解决方案。

　　过去数十年间，有序金属间化合物因其卓越的机械性能、化学稳定性和独特的物理特性，一直被视为先进结构应用的理想候选材料。

　　然而，这类材料存在两个根本性问题：其一是严重的脆性，导致加工过程中极易开裂；

　　其二是加工成型难度大，特别是在制造复杂几何形状构件时，传统减材制造方法往往无能为力。

　　比如，典型的Ni3Al基IC-221M合金在激光粉末床熔融过程中就会出现难以避免的开裂。

　　研究团队开发出一种基于Ni-Co-Si-Ti-Al-B体系的L12型化学复杂金属间化合物（CCIMA）

　　这种新型材料不仅完美解决了传统金属间化合物的固有缺陷，更通过激光粉末床熔融（LPBF）技术实现了高精度制造。

　　如图1所示，这种新型材料展现出令人惊叹的性能组合：抗拉强度达到1620±30 MPa，同时保持着35±3%的均匀延伸率。

　　这一性能指标不仅远超现有的添加制造金属间化合物，也优于包括镍基高温合金、钢铁材料、钛合金以及面心立方高熵合金在内的其他高性能金属材料。

　　细看图1揭示了这项研究在材料制备和性能表征方面的重要发现。在基板上，我们能观察到形成的枝晶组织结构，这种组织对材料性能起着关键作用。

　　实物样品展示部分，研究团队不仅制备出了致密的块体样品，更成功打印出了具有复杂点阵结构的中空样品。

　　这些精致的点阵结构展现了材料优异的可加工性。通过微焦点CT检测显示，样品的孔隙率仅为0.005%，这在金属3D打印领域是一个极其出色的数据。

　　图中的色标代表气孔的体积大小，从不同角度可以清晰地看到孔隙的三维分布特征。

　　应力应变曲线展示了材料在力学性能方面的突破。我们可以看到打印态和热处理态样品的性能差异，热处理后的样品展现出理想的强度-塑性组合：1620MPa的强度和35%的均匀延伸率。

　　最后一张子图通过与其他增材制造金属间化合物的对比，直观地展示了本研究材料的卓越性能。

　　在打印过程中，将316L不锈钢基板预热至200°C以减少残余应力，采用67°的激光旋转角度确保层间结合性能。

　　关键工艺参数包括：激光功率200W、扫描速度900mm/s、层厚0.03mm、扫描间距0.12mm、光斑直径64μm。

　　研究发现，当扫描速度提高到900mm/s时，熔池和熔体流动的稳定性显著提升，这在补充视频中得到了直观展示。

　　团队还成功制备了标准拉伸试样，其标距长度为12.5mm，截面尺寸为3.2×3mm2，展现出优异的尺寸精度。

　　材料在打印态存在的脆性G相通过1000°C/2h的单步热处理得到了有效消除。

　　通过EBSD分析发现，材料形成了平均晶粒尺寸为17.7μm的细晶组织，织构指数最大值为2.56，表明晶粒取向分布随机。

　　扫描电镜下的断口分析显示大量韧窝特征，且无晶界解理现象，证实了材料的本征韧性。

　　DFT计算表明，材料的APB能量为301 mJ/m2，SISF能量为200 mJ/m2，这种合理的错位能量设计为材料的优异塑性提供了保障。

　　随着应变从5%增加到35%，晶界附近的几何必需位错（GND）密度显著提高。

　　随着应变增加到15%，出现了超晶格内禀层错（SISF）；当应变达到35%时，形成了交叉堆垛层错网络。

　　这种渐进式的变形机制转变使材料获得了高达5.1 GPa的工作硬化率，远超大多数金属材料，包括高熵合金（典型值2-3 GPa）和Ni基高温合金（典型值1-2 GPa）。

　　AM易道通俗解释的话，当材料受到外力时，会依次激活不同的防御机制。最初是在晶界布置特殊的守卫（位错），随着压力增大，材料会逐步启动更强大的防御手段，从简单的原子错位到形成复杂的防护网络。

　　正是这种层层递进的防御策略，让材料能够不断自我强化，每受到一分变形就变得更强韧一分，其强化速度比普通金属快了好几倍，这也是它能同时拥有超高强度和韧性的关键所在。

　　首先，在基础科学层面，研究揭示了一种全新的金属间化合物韧性化机制，为解决强度-塑性矛盾提供了创新思路。

　　通过精确控制无序界面纳米层的形成和元素分布，成功实现了晶界增韧而不牺牲强度的目标。

　　其次，在工艺技术层面，研究团队成功实现了复杂金属间化合物的高质量3D打印，这极大拓展了增材制造技术的应用范围。

　　第三，在应用前景方面，这种新型材料的性能组合使其有望在航空航天、能源、汽车等高端制造领域获得广泛应用。

　　特别是在需要承受高应力、高温环境的关键零部件制造中，该材料展现出独特的竞争优势。

　　让我们回到开篇的问题：有什么样的金属材料能同时拥有35%的超高延展性和1600MPa的惊人强度，还能被3D打印成各种复杂形状而不开裂？

　　这个看似不可能完成的任务，如今已经被这种创新的化学复杂金属间化合物（CCIMA）完美解答。

　　通过精妙的材料设计和先进的增材制造工艺，研究团队成功突破了传统金属材料的性能边界。

　　对于航空航天领域来说，这意味着可以3D打印制造出更轻、更强、更可靠的发动机部件；

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