南华大学与普渡大学利用机器学习研发出抗锈超高强度3D打印钢

维度网讯，中国南华大学与美国普渡大学的研究团队在《国际极端制造》(International Journal of Extreme Manufacturing)上发表重大研究成果：利用可解释的机器学习模型，成功开发出一种兼具超高强度、高延展性且天然抗锈的新型3D打印钢。该研究不仅大幅降低了材料成本，还将传统复杂的多步热处理简化为单一的6小时步骤，解决了增材制造高性能钢的两大长期瓶颈。

传统超高强度3D打印钢通常依赖钴、钼或高浓度镍等昂贵元素，且需在工业炉中经历复杂热处理才能达标，同时仍面临易腐蚀的难题。该团队摒弃了传统的经验试错法，向可解释机器学习算法输入了81种元素的原子半径、电子行为和声速等物理化学特征。模型最终精准锁定了一种以铁和铬为基体，添加少量硅、铜、铝的优化配方：Fe-15Cr-3.2Ni-0.8Mn-0.6Cu-0.56Si-0.4Al-0.16C。

该合金采用激光定向能量沉积(LDED)技术制造，仅需在480°C下进行单步回火6小时。测试显示，该3D打印钢的抗拉强度高达 1,713 兆帕，断裂伸长率达 15.5%，相比打印原态强度提升了约 30%，延展性翻倍。

在耐腐蚀性能上，该合金同样表现优异。传统钢材易因碳化物形成导致局部贫铬生锈，而新合金通过纳米级铜颗粒在形成过程中排出铬，确保了铬在基体中的均匀分布。其在盐水测试中的降解率仅为 0.105 毫米/年，性能优于包括 AISI 420 在内的标准商用不锈钢。研究人员指出，虽然该模型需针对不同制造技术重新筛选特征，但其为高性能金属材料的按需设计提供了极具潜力的数字化路径。

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