NIST研究人员发现激光混合合金新方法

阿贡国家实验室的先进光子源是世界上最亮的同步加速器X射线光源。这个体育场大小的设施通过让电子在长达一公里的磁场环路中加速来产生这些X射线。借助这些强大的X射线束，NIST研究人员得以实时观察金属混合并形成新合金的过程。

如同现代炼金术士一般，冶金学家们不断发现并完善着制造更优质合金的配方。这些配方中的关键一步是让不同金属均匀混合。美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员为冶金厨房揭开了一件新工具的面纱——他们发明了一种在三维打印过程中用激光搅拌金属的方法，为制造难以制备的金属合金开辟了新途径。为了验证其成功，他们还开发了一种利用X射线观察金属在不到一秒内熔化并凝固过程中变化的方法。

人类对金属有着多种多样的需求。有时我们希望它们坚固、耐腐蚀、轻便、廉价、耐热，或能在放射性环境中工作。幸运的是，研究人员可以通过将金属混合成合金来微调金属性能。历史上已创造出数千种金属合金，从青铜剑到钢梁，再到飞机使用的铝合金。

在过去20年里，研究人员开始开发一类名为“高熵合金”（HEAs）的新型合金。在原子层面，高熵合金具有不寻常的排列方式，这能提升其在高温下的性能。高熵合金非常适合需要材料在高温下保持强度的应用场景，例如喷气发动机或核反应堆。但它们也更难制造。

传统合金主要由一种基础金属和少量其他元素组成。例如，基础钢几乎完全是铁，仅含少量碳。添加镍或铬等其他元素可以使钢更坚固或更耐腐蚀。

高熵合金打破了这一模式；它们所含的金属种类更多，且比例更均衡。因此，一种高熵合金可能由五种不同金属各占20%组成。

“高熵合金需要混合到原子级别，”共同领导该项目的NIST物理学家范·张（Fan Zhang）表示，“要让金属按这些比例混合需要额外的努力。”。

不同金属具有不同的密度、熔点、表面张力及其他特性，这些特性会导致熔融金属冷却时分离成斑块。就像油和水一样，合金的组分自然倾向于分离成不同区域的拼凑物，从而削弱金属的整体强度。

“用铸造等传统方法制造高熵合金零件很困难，”张说，“但我们相信金属三维打印可能是一个解决方案。”。正如《增材制造》期刊所述，NIST领导的团队展示了一种通过打印机激光搅拌这些难以捉摸的合金来三维打印它们的新方法。由于这种方法能够将高熵合金中不协调的金属结合在一起，它也可以用于结合传统合金中更相容的金属。

金属三维打印。

金属三维打印是一项前景广阔的新技术。它使工程师能够制造使用材料更少、所需零件更少或具有无法用其他方式制造的复杂形状的金属物体。这项技术已开始应用于。轻型火箭发动机。、。汽车工厂。，甚至。浴室水龙头。。

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来源：NIST。；内容经中文翻译改写，采集时间：2026-08-27 19:13:26。

(责任编辑：标准科技参考)