增材制造（additive manufacturing, AM）有望实现高经济价值金属材料生产的重大变革，以最少的材料浪费实现创新、几何复杂的设计。最大的挑战是设计与独特的增材制造加工条件兼容的合金，同时保持材料性能足以应对能源、空间和核应用中遇到的挑战性环境。

镍基高温合金在高温下具有优异的机械性能，是制造高温结构部件的首选材料，例如飞机发动机和陆地天然气涡轮高温部分的单晶(SX)涡轮叶片。然而，很多镍基高温合金是无法焊接的，这是由于凝固后γ′相快速沉淀，阻碍了热应力的松弛，导致应变时效开裂。而金属的AM基本上是一个重复的焊接过程，候选材料往往是可焊接的合金，这种合金不易受到液相中产生的开裂机制的影响，如熔析开裂或热裂，或者是由于固态中产生的应力，导致例如应变时效开裂和延展性下降开裂。因此，镍基高温合金的增材制造需要创新的合金设计。

美国加州大学圣巴巴拉分校和橡树岭国家实验室联合开发了一种高强度、抗缺陷的3D可打印CoNi基高温合金，成分主要是含量大致相等的Co和Ni，以及少量Al、Cr、Ta和W等元素，可以通过选区激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)等技术打印出无裂纹的部件，尽管仍存在高体积分数的γʹ相。由于在凝固过程中溶质的低偏析以及γʹ固溶温度的降低，CoNi基合金可在凝固完成后缓解开裂，使得其在打印和后处理下具有超过1.1 Gpa的强度和室温下大于13%的拉伸延展性。

相关研究成果以 “A defect-resistant Co–Ni superalloy for 3D printing”为题发表在Nature communication上。

图1. 基于EBM和SLM增材制造的CoNi基高温合金。

图2. Bridgman铸造、EBM和SLM后的打印化学偏析

图3. 定量EPMA图。EBM和SLM样品XY平面微观结构的EPMA元素组成图。