一种称为超级合金的新型高性能金属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。

这种超级合金是使用 3D 打印机创建的，由六种元素的混合物组成，这些元素共同形成一种比传统涡轮机械中使用的标准材料更轻、更坚固的材料。这种坚固的高温合金可以帮助工业降低成本和碳排放——如果这种方法能够成功扩大规模的话。

挑战：在材料科学领域，近年来对新金属合金的研究一直在升温。一个多世纪以来，我们一直依赖相对简单的合金，如含 98% 铁的钢，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：合金能够承受更高的温度并在压力下保持坚固，但仍然很轻。

长期以来，工程师们一直试图优化涡轮机中使用的材料——发电厂中的旋转机械有助于将机械能转化为电能。但即使是最先进的材料，如镍基和钴基超级合金，在暴露于极高温度时也往往会退化并性能下降。

这就是为什么科学家们在过去二十年里一直在试验复杂合金的原因之一，其中一些合金由多达六种不同的金属组成。通过调整构成超级合金的元素的确切比例，科学家们希望能够发生新的原子级相互作用，从而发现有益的特性。然而，由于不同比例的元素组合几乎是无限的，针对特定应用优化这些合金是一项重大挑战。

创新：一种有前途的方法是使用 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形式的金属，然后将它们沉积成薄层来实现这一点。

由新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的安德鲁库斯塔斯领导的一组研究人员利用这项技术开发了一种高性能的六元素超级合金。这种合金由 42% 的铝、25% 的钛、13% 的铌、8% 的锆、8% 的钼和 4% 的钽制成，坚固、轻便且耐热性极佳。

这些特性对于发电厂中使用的涡轮机尤为重要，发电量约占全球总发电量的 73%。毕竟，驱动涡轮机的气体温度越高，它们旋转得越快，效率也越高。

当加热到 800°C (1472°F)（发电厂涡轮机的常见温度）时，这种超级合金比许多其他为类似目的设计的合金更坚固、更轻。这一突破表明了动力涡轮机以外的潜在应用，特别是在航空航天领域，材料需要坚固、轻便并能抵抗极端温度变化。

研究人员还发现，超级合金的性能与计算机模型生成的预测相关，该模型旨在预测元素的特定组合如何传导热能。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组合可能会产生新的有用的超级合金。

为了将最近创造的超级合金带入主流制造，该团队希望找到一种方法来经济地扩大 3D 打印过程，同时确保成品不包含微裂纹，这可能难以在更大规模上进行. 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，同时减少对环境的破坏。

一种称为超级合金的新型高性能金属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。

这种超级合金是使用 3D 打印机创建的，由六种元素的混合物组成，这些元素共同形成一种比传统涡轮机械中使用的标准材料更轻、更坚固的材料。这种坚固的高温合金可以帮助工业降低成本和碳排放——如果这种方法能够成功扩大规模的话。

挑战：在材料科学领域，近年来对新金属合金的研究一直在升温。一个多世纪以来，我们一直依赖相对简单的合金，如含 98% 铁的钢，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：合金能够承受更高的温度并在压力下保持坚固，但仍然很轻。

长期以来，工程师们一直试图优化涡轮机中使用的材料——发电厂中的旋转机械有助于将机械能转化为电能。但即使是最先进的材料，如镍基和钴基超级合金，在暴露于极高温度时也往往会退化并性能下降。

这就是为什么科学家们在过去二十年里一直在试验复杂合金的原因之一，其中一些合金由多达六种不同的金属组成。通过调整构成超级合金的元素的确切比例，科学家们希望能够发生新的原子级相互作用，从而发现有益的特性。然而，由于不同比例的元素组合几乎是无限的，针对特定应用优化这些合金是一项重大挑战。

创新：一种有前途的方法是使用 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形式的金属，然后将它们沉积成薄层来实现这一点。

由新墨西哥州阿尔伯克基桑迪亚国家实验室的安德鲁库斯塔斯领导的一组研究人员利用这项技术开发了一种高性能的六元素超级合金。这种合金由 42% 的铝、25% 的钛、13% 的铌、8% 的锆、8% 的钼和 4% 的钽制成，坚固、轻便且耐热性极佳。

这些特性对于发电厂中使用的涡轮机尤为重要，发电量约占全球总发电量的 73%。毕竟，驱动涡轮机的气体温度越高，它们旋转得越快，效率也越高。

当加热到 800°C (1472°F)（发电厂涡轮机的常见温度）时，这种超级合金比许多其他为类似目的设计的合金更坚固、更轻。这一突破表明了动力涡轮机以外的潜在应用，特别是在航空航天领域，材料需要坚固、轻便并能抵抗极端温度变化。

研究人员还发现，超级合金的性能与计算机模型生成的预测相关，该模型旨在预测元素的特定组合如何传导热能。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组合可能会产生新的有用的超级合金。

为了将最近创造的超级合金带入主流制造，该团队希望找到一种方法来经济地扩大 3D 打印过程，同时确保成品不包含微裂纹，这可能难以在更大规模上进行. 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，同时减少对环境的破坏。