提高涡轮机发电效率，科学家用六种元素3D打印开发出新的 "超级合金 "

导读：本文介绍了一种新的高性能金属合金，称为超级合金，可以帮助提高发电厂、航空航天和汽车工业中使用的涡轮机的效率。

这种超级合金是用3D打印机制造的，由六种元素组成，它们共同构成了一种材料，比传统涡轮机械中使用的标准材料更轻更强。如果这种方法能够成功地扩大规模，这种强大的超级合金可以帮助行业降低成本和碳排放。

挑战：在材料科学的世界里，对新金属合金的探索近年来一直在升温。一个多世纪以来，我们一直依赖相对简单的合金，如由98%的铁组成的钢，来构成我们制造业和建筑业的支柱。但今天的挑战要求更多：能够承受更高的温度，在压力下保持强度，但仍然是轻质的合金。

工程师们长期以来一直试图优化涡轮机中使用的材料--发电厂中帮助将机械能转换成电能的旋转机械。但是，即使是最先进的材料，如镍基和钴基超合金，在暴露于极高的温度下，也往往会退化，性能变差。

这就是为什么科学家们在过去二十年里一直在试验复杂的合金，有些合金由多达六种不同的金属组成的原因之一。通过调整组成超级合金的元素的确切比例，科学家们希望会出现新的原子级的相互作用，从而发现有益的特性。然而，由于不同比例的元素几乎无限组合，为特定应用优化这些合金是一个重大挑战。

创新： 一个有希望的方法是使用3D打印技术。这种方法使研究人员能够精确控制不同金属的相对比例。他们通过使用强大的激光快速熔化固体粉末状的金属，然后将它们沉积在薄层中来实现这一目标。

桑迪亚国家实验室的安德鲁-库斯塔斯领导的一个研究小组利用这种技术开发了一种高性能的六种元素超级合金。这种合金--由42%的铝、25%的钛、13%的铌、8%的锆、8%的钼和4%的钽组成--具有强度高、重量轻和难以置信的耐热性。

这些特性对发电厂使用的涡轮机特别重要，这些涡轮机约占全球所有发电量的73%。毕竟，驱动涡轮机的气体温度越高，它们的旋转速度就越快，效率就越高。

当加热到800°C（1472°F）--发电厂涡轮机的一个常见温度--这种超级合金仍然比许多其他材料更强、更轻。这一突破表明了在电力涡轮机之外的潜在应用，特别是在航空航天领域，这些材料需要坚固、轻质，并能抵抗极端的温度变化。

研究人员还发现，这种超级合金的性能与一个计算机模型产生的预测相关，模型旨在预测特定的元素组合将如何传导热能。这些预测表明，未来的计算机模型可能能够帮助预测哪些元素的组合有可能产生新的和有用的超级合金。

为了将最近创造的超级合金带入主流制造业，团队希望找到一种方法来经济地扩大他们的3D打印工艺，同时确保成品不包含微观规模的裂缝，这可能被证明难以在更大范围内做到。克服这些挑战可能有助于使为我们日常生活提供动力的机器变得更强大、更高效，并对环境造成更小的破坏。