A 3D printable alloy designed for extreme environments

合金 微观结构 材料科学 色散(光学) 结构材料 蠕动 纳米尺度 氧化物 刮擦 表征(材料科学) 纳米技术 冶金 复合材料 光学 物理
作者
Timothy M. Smith,Christopher Kantzos,Nikolai A. Zarkevich,Bryan J. Harder,Milan Heczko,Paul Gradl,Aaron C. Thompson,Michael J. Mills,Timothy P. Gabb,John W. Lawson
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:617 (7961): 513-518 被引量:227
标识
DOI:10.1038/s41586-023-05893-0
摘要

Abstract Multiprincipal-element alloys are an enabling class of materials owing to their impressive mechanical and oxidation-resistant properties, especially in extreme environments 1,2 . Here we develop a new oxide-dispersion-strengthened NiCoCr-based alloy using a model-driven alloy design approach and laser-based additive manufacturing. This oxide-dispersion-strengthened alloy, called GRX-810, uses laser powder bed fusion to disperse nanoscale Y 2 O 3 particles throughout the microstructure without the use of resource-intensive processing steps such as mechanical or in situ alloying 3,4 . We show the successful incorporation and dispersion of nanoscale oxides throughout the GRX-810 build volume via high-resolution characterization of its microstructure. The mechanical results of GRX-810 show a twofold improvement in strength, over 1,000-fold better creep performance and twofold improvement in oxidation resistance compared with the traditional polycrystalline wrought Ni-based alloys used extensively in additive manufacturing at 1,093 °C 5,6 . The success of this alloy highlights how model-driven alloy designs can provide superior compositions using far fewer resources compared with the ‘trial-and-error’ methods of the past. These results showcase how future alloy development that leverages dispersion strengthening combined with additive manufacturing processing can accelerate the discovery of revolutionary materials.
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