近日，林德先进材料技术公司和美国国家航空航天局 (NASA) 宣布签署GRX-810合金金属粉末的许可协议。 根据该协议，林德先进材料技术公司被授予营销和销售 GRX-810 合金的权利。
▲ 通过选区激光熔融PBF-LB加工GRX-810 构建的一系列组件：A) 涡轮叶盘，B) 具有内部通道的导流器，C) 喷射器，D) 再生冷却喷嘴，E) 带护罩的涡轮叶盘，F) 大型涡轮叶片
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▲ NASA开发的合金
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理想的高温合金
GRX-810 合金之前是由林德先进材料技术公司生产并经过NASA测试，其强度是传统增材制造合金的两倍，耐用性高出1000倍以上，并在高温下提供双倍的抗氧化性。这些特性使 GRX-810 合金成为航空航天领域高温应用的理想选择。
根据 《航空部件的稳健金属增材制造工艺选择和开发》一文，当涉及到复杂航空零部件的3D打印-增材制造时，例如。包括复杂的（合金）成分，由超级合金制成的涡轮机的耐高温部件需要提供出色的机械强度、抗热蠕变变形、良好的表面稳定性以及抗腐蚀或抗氧化性。因此，高温合金部件的开发在很大程度上依赖于物理、化学，尤其是工艺创新。显然，增材制造 (AM) 使得能够开发用于极端推进环境的新型合金，在这方面，美国国家航空航天局 (NASA) 拥有成熟的合金，包括GRCop-42、GRCop-84、NASA HR-1、GRX-810、C-103，这些合金的材料特性、热火测试应用数据证明已经可用。
▲ 极端环境下的增材制造合金
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NASA合金GRX-810是一种氧化物弥散强化 (ODS) 合金，可以承受超过 2,000 华氏度（1000多摄氏度）的温度，更具延展性，并且可以比现有的最先进合金的高温应力耐久性高出1,000 倍以上。GRX-810合金可用于制造用于高温应用的航空部件，例如飞机和火箭发动机内部的部件，因为 ODS 合金可以在达到断裂点之前承受更恶劣的条件。
模型驱动的合金设计
根据 《更坚固的高温合金 l Nature上发表的NASA可耐高达1000度高温的GRX-810材料开发、微观结构与性能研究》一文，在 GRX-810 中，稳定的 MC 碳化物和 W、Cr 和 Re 沿晶界的溶质偏析是对保护合金免受晶界失效机制影响的重要因素。先前的研究表明，碳化物在高温下的稳定性会影响蠕变过程中晶界裂纹的萌生。此外，据报道，晶界扩散率与蠕变过程中空洞形成的速率相关。因此，添加 W 和 Re（已知的慢扩散剂）应该会进一步抑制沿晶界形成蠕变空隙，而 Cr 偏析有望改善晶界腐蚀和氧化性能。在GRX-810合金中也观察到了应力诱导的氮化物形成，尽管这些内部氮化物的形成被认为对合金的性能有害，但 GRX-810 中的氮化物似乎不会像在 ODS-ReB 合金中观察到的那样导致晶界失效。
为了开发 NASA 合金 GRX-810，NASA的研究人员使用计算模型来确定合金的成分。然后，该团队利用3D打印将纳米级氧化物均匀地分散在整个合金中，从而提高了高温性能和耐用性能。模型驱动的合金设计如何能够使用更少的资源提供卓越的成分，该策略可以更深入地了解工艺-微观结构-特性关系，并量化改进的功能、特性和生命周期评估。与传统的制造方法相比，这种开发工艺更高效、更具成本效益且更清洁。
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而对GRX-810和Superalloy 718 进行的循环氧化测试的结果显示，在 1,093°C 高温下的暴露期间，显示的结果表明，GRX-810 在 1,093°C 时的氧化耐久性优于 AM增材制造高温合金 718，并且在 1,200°C 时明显更好。
与目前最先进的增材制造高温合金（超级合金718、超级合金 625 和 Haynes 230）相比，GRX-810 在 1,093°C 下的蠕变寿命提高了几个数量级。
此外，在 GRX-810 中观察到在3D打印条件和 3D打印后经过HIP热等静压条件下晶粒结构和平均晶粒直径几乎没有变化。这一发现表明，GRX-810中精细氧化物的分布足以抑制高温下的位错和晶界运动。
由于与NASA的长期合作，林德先进材料技术公司将GRX-810合金商业化，现在可以将其提供给增材制造市场。NASA的授权许可协议是开发新型增材制造下一代材料合作的一个很好的例子。
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