本文介紹了一種新的高性能金屬合金，稱為超級合金，可以幫助提高發(fā)電廠、航空航天和汽車工業(yè)中使用的渦輪機的效率。

這種超級合金是用3D打印機制造的，由六種元素組成，它們共同構成了一種材料，比傳統渦輪機械中使用的標準材料更輕更強。如果這種方法能夠成功地擴大規(guī)模，這種強大的超級合金可以幫助行業(yè)降低成本和碳排放。

挑戰(zhàn)：在材料科學的世界里，對新金屬合金的探索近年來一直在升溫。一個多世紀以來，我們一直依賴相對簡單的合金，如由98%的鐵組成的鋼，來構成我們制造業(yè)和建筑業(yè)的支柱。但今天的挑戰(zhàn)要求更多：能夠承受更高的溫度，在壓力下保持強度，但仍然是輕質的合金。

工程師們長期以來一直試圖優(yōu)化渦輪機中使用的材料--發(fā)電廠中幫助將機械能轉換成電能的旋轉機械。但是，即使是最先進的材料，如鎳基和鈷基超合金，在暴露于極高的溫度下，也往往會退化，性能變差。

這就是為什么科學家們在過去二十年里一直在試驗復雜的合金，有些合金由多達六種不同的金屬組成的原因之一。通過調整組成超級合金的元素的確切比例，科學家們希望會出現新的原子級的相互作用，從而發(fā)現有益的特性。然而，由于不同比例的元素幾乎無限組合，為特定應用優(yōu)化這些合金是一個重大挑戰(zhàn)。

創(chuàng)新： 一個有希望的方法是使用3D打印技術。這種方法使研究人員能夠精確控制不同金屬的相對比例。他們通過使用強大的激光快速熔化固體粉末狀的金屬，然后將它們沉積在薄層中來實現這一目標。

桑迪亞國家實驗室的安德魯-庫斯塔斯領導的一個研究小組利用這種技術開發(fā)了一種高性能的六種元素超級合金。這種合金--由42%的鋁、25%的鈦、13%的鈮、8%的鋯、8%的鉬和4%的鉭組成--具有強度高、重量輕和難以置信的耐熱性。

這些特性對發(fā)電廠使用的渦輪機特別重要，這些渦輪機約占全球所有發(fā)電量的73%。畢竟，驅動渦輪機的氣體溫度越高，它們的旋轉速度就越快，效率就越高。

當加熱到800°C（1472°F）--發(fā)電廠渦輪機的一個常見溫度--這種超級合金仍然比許多其他材料更強、更輕。這一突破表明了在電力渦輪機之外的潛在應用，特別是在航空航天領域，這些材料需要堅固、輕質，并能抵抗極端的溫度變化。

研究人員還發(fā)現，這種超級合金的性能與一個計算機模型產生的預測相關，模型旨在預測特定的元素組合將如何傳導熱能。這些預測表明，未來的計算機模型可能能夠幫助預測哪些元素的組合有可能產生新的和有用的超級合金。

為了將最近創(chuàng)造的超級合金帶入主流制造業(yè)，團隊希望找到一種方法來經濟地擴大他們的3D打印工藝，同時確保成品不包含微觀規(guī)模的裂縫，這可能被證明難以在更大范圍內做到?？朔@些挑戰(zhàn)可能有助于使為我們日常生活提供動力的機器變得更強大、更高效，并對環(huán)境造成更小的破壞。