IMDEA 材料研究所成功研发可通过激光选区熔化（LPBF）3D 打印的新型 CoNi 高熵超合金（CoNi-HESA），实现高密度、抗裂性能优异的航空发动机部件制造。研究团队通过精确控制激光功率、扫描速度与层厚，显著改善合金的晶粒结构与高温力学性能。该高熵超合金兼具镍基与钴基材料优势，提高耐高温性、强度与延展性，为下一代喷气发动机的燃油效率与推力提升提供新材料路线，并在航空、能源、航天及核工业具有广泛应用前景。
马德里先进材料与制造技术研究中心——IMDEA 材料研究所的研究人员，开发出一种以钴和镍为基础的高熵超级合金（CoNi-HESA），并针对激光粉末床熔融（LPBF）增材制造工艺进行了优化。该研究发表于 2025 年 11 月 18 日的《Materials & Design》期刊，提出了一条用于制造能够在更高温度下运行的喷气发动机部件的新路线，从而提升燃油效率和推力。
这篇名为《激光粉末床熔融一种新型基于 CoNi 的高熵超级合金》的论文详细介绍了 LPBF 如何在打印过程中控制凝固行为和晶粒均匀性。研究人员通过精确调整激光功率、扫描速度和层厚度，减少了裂纹并获得致密、均匀的部件。这种对热梯度和冷却速率的高度控制直接影响合金的强度、延展性以及在极端条件下的抗变形能力。
IMDEA 材料研究所高级研究员 José Manuel Torralba 教授。图片来源：IMDEA Materials。
“航空航天领域长期以来都深知提高飞机发动机最大工作温度对于提升发动机效率至关重要。”IMDEA 材料研究所高级研究员、论文共同作者 José Manuel Torralba 教授表示，“因此，人们一直致力于开发具有卓越性能的先进金属和金属间化合物材料。”
镍基超级合金凭借其高温强度和抗蠕变性能，数十年来一直主导着航空航天制造。钴基合金则提供更优异的抗氧化和抗腐蚀性能，但在高温下的机械性能通常较弱。CoNi-HESA 合金结合了这两类材料的优势，在强度、延展性和热稳定性之间取得平衡。论文合作者包括 Torralba 教授、IMDEA 材料研究所前研究人员 Ahad Mohammadzadeh 博士和 Alessandro De Nardi，以及伊利诺伊理工学院的 Amir Mostafaei 博士。
图形摘要。图片来源：Materials & Design。
“通过在 LPBF 工艺中谨慎组合激光功率与扫描速度，所开发的 CoNi-HESA 非常适合生产抗裂、致密度高的组件。”Torralba 教授表示。研究人员证实，基于混合熵的热力学预测有效指导了合金设计，验证了“熵驱动”配方能够改善高温机械性能的理念。“最终我们可以得出结论，即基于混合熵热力学预测来设计 CoNi 基超级合金，能够显著提升材料性能，这一假设已经被证实。”他们写道。
CoNi-HESA 的开发展示了熵工程如何在高应力应用中拓展增材制造的极限。研究结果显示，高熵合金在航空航天、能源、航天和核技术等领域具有更广泛的应用潜力，在这些领域中，材料在极端条件下的耐久性仍然是一项核心挑战。“这对未来在能源、航天和核技术等领域的增材制造应用非常具有前景。”论文作者指出。
（上）样品 4 在拉伸测试后断裂表面的 IPF Z 图；（下）GND 图。图片来源：Design & Light。
IMDEA 材料研究所继续在金属增材制造领域研究先进合金及微观结构设计，旨在扩大工业应用中对耐高温与高机械性能的需求。CoNi-HESA 的研究成果代表着向更高效、更耐用的下一代喷气发动机部件以及其他耐热系统迈出的重要一步。
