激光选区熔化制备镍钛合金的研究进展

镍钛形状记忆合金因其具有良好的力学性能、生物相容性和耐蚀性,被广泛应用于各个领域,尤其是生物医学领域.同时,诸如心血管支架、骨植入物等应用对于成形件的结构及精度都提出了极大的要求.因此,对以SLM为代表的金属3D打印工艺在制备NiTi合金,以及其工艺参数对成形件质量、显微结构、相变温度和力学性能的影响进行了阐述.同时,列举了一些3D打印制备的NiTi合金在生物医学领域的应用实例,并指出了SLM制备NiTi合金存在的问题,最后对其今后的发展趋势进行了展望.     

激光选区熔化镁合金研究进展

镁合金是最轻的金属结构材料,以其优异的力学性能和生物相容性能在航空航天、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。与镁合金的传统制造工艺相比,激光选区熔化（Selective Laser Melting, SLM）技术具有成形精度好、空间自由度高且加工周期短等优势,尤其是高性能复杂结构的镁合金构件的制造,因此拓宽了镁合金的应用前景。综述了激光选区熔化工艺参数对镁合金成形质量、组织、性能等方面的影响,并讨论了技术难题,最后展望了激光选区熔化成形镁合金的未来发展趋势。     

选区激光熔化打印骨架结构组织研究

使用SLM SOLUTIONS公司SLM 125型选区激光熔化仪器进行了镍基合金3D打印样品制备,分别制得了实心制品A和具有网络骨架结构的制品B.对两种制品表面形貌及内部组织解剖分析发现,两种制品内部基体部分均为致密冶金组织,熔覆颗粒界面处未见明显孔隙或杂质.其中制品B复杂网络骨架结构的获得充分说明了该激光熔覆技术对复...     

基于响应面优化法激光选区熔化AlMgScZr研究

铝合金因其轻质、高强而被广泛应用于国防建设及航空航天等领域中,而激光选区熔化(SLM)技术在复杂结构零件的制造上具有很大的优势.采用SLM技术制备AlMgScZr合金,通过响应面优化的方法对其工艺参数进行了优化,得到了相对密度为99.11%、抗拉强度为333 MPa、屈服强度为282 MPa、延伸率为16%和显微硬度为119.5 HV_(0.05)的AlMgScZr铝合金试样.同时,研究了热处理对SLM制备的AlMgScZr试样拉伸性能的影响.结果表明,经过350℃保温6 h,在氩气气氛中冷却后经热处理制备的试样的抗拉强度升高到561.9 MPa,屈服强度提高至546.8 MPa,延伸率为5.2%.通过响应面参数优化得到了性能优异的高强度铝合金,为SLM制备AlMgScZr合金的应用提供了理论参考.     

控温策略优化对电子束选区熔化成形TC4钛合金力学性能的影响

电子束选区熔化是一种真空条件下高温成形的粉床式增材制造技术,高温度场的控温策略对成形性能与制件组织力学性能均具有决定性影响。采用电子束选区熔化成形TC4钛合金试样,开发了以平均束流为判据的综合控温策略,实现了适应填充截面积变化的自主控温策略,并基于过程预热方法,开展了热量分配策略研究,分析其对力学性能的的影响。结果表明：无过程预热且平均束流较低时,TC4钛合金的抗拉强度为979—995 MPa,并且随平均束流增加呈先上升后下降的趋势;加入过程预热并和填充多重耦合后,提高了温度场的精确控制能力,从而提高了电子束3D打印产品的力学性能。     

应用于月壤取样钻具的激光选区熔化研究综述

综述了月球钻探取样钻具的发展现状,金属三维点阵的轻量化以及激光选区熔化制造技术的基本方法和优势.基于激光选区熔化制备技术提出了将三维空间点阵结构应用于月球钻探取样钻具的轻量化,讨论了点阵结构的钻具对于月球钻进过程的适应性并展望了轻量化月球取样钻具方面的发展趋势.分析认为,利用激光选区熔化技术制备的三维点阵结构在月壤取样钻具方面具有很大的应用潜力.     

激光选区熔化工艺制备多孔镁合金骨支架的研究进展北大核心

镁合金因其与人体骨骼相近的力学性能和可降解特性在人体骨组织支架移植中具有良好的发展前景,且将其制备成多孔结构有利于细胞的生长、增殖及分化。增材制造中的激光选区熔化工艺(SLM)制备多孔镁合金骨支架,在精确控制孔隙率与尺寸的同时,避免了传统铸造等工艺产生的形貌与性能缺陷。综述了多孔镁合金骨支架在临床医用中的可行性并介绍了SLM制备流程,通过对增强机制的分析阐明SLM工艺镁合金的性能优势。同时根据元素与工艺参数的变化剖析其作用机制与优化方案。最后总结现阶段工艺面临的瓶颈及其作用因素,以此提出改进方向与展望未来发展趋势,助力实现其医疗产业应用。     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金纳米压痕尺寸效应分析

在微纳观尺度下分析纳米压痕的尺寸效应,可以为研究激光选区熔化合金材料的力学性能提供较为客观的试验依据.使用准静态法对激光选区熔化制备的原始态和退火态Ti-6Al-4V合金进行了纳米压痕试验,并根据Meyer模型和比例试样阻力模型对Ti-6Al-4V合金的载荷和接触深度进行了函数拟合.结果表明:最大载荷分别为200、30...     

TiB2/AlSi10Mg选区激光熔化成形组织与性能

采用选区激光熔化成形技术制备AlSi10Mg合金和TiB2/AlSi10Mg复合材料,利用XRD、SEM、TEM、万能拉伸实验机和维氏硬度计等对TiB2/AlSi10Mg复合材料的力学性能、组织结构等进行了表征分析。结果表明：AlSi10Mg合金中加入增强相TiB2后,其SLM成形件的致密度、屈服强度和断裂强度分别由96.8%、156.3 MPa和366.3 MPa增加至99.4%、170.1 MPa和413.4 MPa。TiB2/AlSi10Mg成形件屈服强度的提升主要来源于Orowan强化、弥散强化和细晶强化。与此同时,TiB2增强相的添加使得裂纹源增加,大幅度降低了AlSi10Mg合金的塑性（从8.5%下降到4.2%）,其断裂机制由准解理断裂转变为解理断裂。     

激光选区熔化与传统加工IN718合金的组织与性能比较研究

本文对比研究了选区激光熔化(SLM)和轧制退火IN718合金的显微组织和力学性能。结果表明：由于快速冷凝造成的不平衡凝固使得SLM合金样品具有成分偏析、晶粒细小和晶内存在大量凝固胞的组织特点;且因为外延生长,出现建造方向平行于<100>晶向的强织构;经比较,轧制退火的合金样品组织均匀,晶粒尺寸是SLM样品的3 倍,晶界和晶内分别观察到少量的laves和d相,无成分偏析和亚结构存在,由于大量退火孪晶存在而使晶粒取向分布较随机。两种样品经拉伸性能试验发现,SLM样品的屈服强度和抗拉强度分别是轧制退火态的4.6和1.3倍,而延伸率有所下降,是轧制退火态的34.4%。分析认为SLM样品中晶粒细小和丰富的凝固胞亚结构是强度高的主要原因,延伸率较比传统加工样品的延伸率大幅降低应归结为打印缺陷如孔隙和残余应力的存在。     

选区激光熔化成形316L不锈钢组织控制研究

采用选区激光熔化技术, 制备了316L不锈钢3D打印样品, 研究了3D打印体能量密度、微熔池结构和拉伸性能之间的相关性。结果表明, 在实验范围内(打印体能量密度从92.59 J/mm3增大到162.04 J/mm³), 3D打印样品抗拉强度先增大后下降, 体能量密度145.83 J/mm³时, 抗拉强度达到峰值498.48 MPa。熔池的形貌和尺寸与体能量密度相关, 熔池近似面积随体能量密度提高先增大后降低。3D打印样品室温拉伸性能与微熔池的形貌结构有明显相关性, 在拉伸过程中会沿熔池边界发生破坏, 熔池近似面积越大, 熔池边界占比小, 样品抗拉强度相对较高。研究结果可为调控3D打印样品微观组织、改善材料性能提供参考。     

选区电子束熔炼Ti-6Al-4V钛合金的绝热剪切各向异性

使用分离式霍普金森压杆对选区电子束熔炼的Ti-6Al-4V合金棒材进行动态加载,通过动态加载曲线对比、X射线衍射及金相观察,分析了晶界和hcp-α相取向对纵/径向试样绝热剪切行为的影响。结果表明,纵向试样的临界应变和绝热剪切形成能均比径向试样的小,即绝热剪切敏感性比径向试样的高,因此试样在纵/径方向上存在绝热剪切各向异性。在同一加载方向下,晶界与hcp-α相取向对材料流变应力的影响相反,而且hcp-α相取向的作用更强。当hcp-α相的c轴平行于加载方向时(纵向试样),材料的流变应力更大、变形做功更多、热软化效应更强,因此纵向试样更易发生绝热剪切。     

激光选区熔化技术制备NiTi合金的研究进展与应用

NiTi合金作为一种典型的形状记忆合金,除了具有独特的形状记忆效应,还拥有优异的超弹性、生物相容性和力学性能,广泛应用于医学、机械、微电子等领域。然而,由于该合金延展性过高、加工硬化、低热导等问题,传统的切削方法加工工艺复杂、成本高,限制了其工程化应用。增材制造技术（Additive manufacturing, AM）又称3D打印技术,以其独特的一体化成形的技术优势,有效地改善了传统加工方法存在的问题。对此,国内外学者对激光选区熔化（SLM） 3D打印镍钛合金成形工艺进行了大量研究,并取得了丰硕成果。综述了近年来选区激光熔化镍钛的研究进展,简述了选区激光熔化和热处理工艺与镍钛合金的相变温度、组织结构、力学性能等映射关系,着重分析了SLM工艺参数对镍钛合金超弹性的影响规律,揭示了其影响机制,介绍了激光选区熔化镍钛合金的在医学领域的应用,并对未来NiTi合金的增材制造技术的发展提出了展望。     

钛合金微细结构的激光辅助化学定向除氧实验设计北大核心

为了对钛合金微细表面结构定向除氧,同时确保基体不受影响,以钛合金微细结构为对象,研究了激光辅助化学定向除氧的方法。配制A、B两种除氧液,配方分别是弱碱性无氟富草酸根(0.2mol/L K_(2)C_(2)O_(4)@40%C_(2)H_(5)OH,无酸化,pH=8.4)和弱酸性含少量氟富草酸根(0.2mol/L K_(2)C_(2)O_(4)&0.02mol/L NaF@40%C_(2)H_(5)OH,草酸酸化,pH=5.2)的溶液。先用两种除氧液分别对氧化的微细结构的工件作浸泡测试,没有观察到明显腐蚀现象出现,然后对工件采用不同的处理路线。起初,微细结构的氧的平均化学计量数为1.61。使用B除氧液进行激光辅助化学定向除氧处理后,氧的平均化学计量数降至最低的0.67,而且大大改善了微观形貌,说明激光辅助化学定向除氧具有较大的应用价值。     

钛合金薄壁滤筒数控加工工艺分析

通过分析钛合金薄壁滤筒的使用性能、结构特点和设计精度要求,实际生产制定的数控加工工艺要注意选取科学合理的切削刀具和切削用量,特别是在定位、装夹、找正等方面总结出的一些经验和注意事项,就能解决钛合金材料难切削性对薄壁滤筒造成的加工困难问题和钛合金加工过程中易产生毛刺问题。合理的数控加工工艺是保证钛合金薄壁滤筒加工精度的关键,同时也是大批量生产提高加工效率,缩短加工周期的关键。     

激光选区熔化制备梯度多孔镍电极及其电解水制氢性能

镍是目前应用最广泛的碱式电解水制氢电极材料之一。对镍电极进行多孔化处理,可有效提高其析氢效率并降低制氢能耗。然而,现有报道仅研究了孔隙率、平均孔径等对电极析氢性能的影响,缺乏针对梯度多孔电极孔隙尺寸和分布等影响的研究。为此,设计了4组具有不同孔隙尺寸和排布方式的多孔电极模型,并且采用激光选区熔化技术制备高精度成型电极样品,表征了样品的表面形貌、截面微观组织、电化学性能及稳定性,深入分析和研究了样品的析氢性能。结果表明,4组样品均呈现出粗糙微观表面,为析氢反应提供更多的活性位点。所有样品均表现出优异的电解稳定性,经测试后未见明显的性能衰减。梯度多孔结构有利于气液传质,减小气泡层电阻,降低析氢过电位。当电流密度为10 mA?cm^-2时,梯度多孔样品的析氢过电位虽仅为406 mV,但气液传质效果较差,而气泡层电阻较大的均匀多孔样品的析氢过电位却高达766 mV。梯度多孔结构的构筑可显著提高镍电极的析氢动力学特性,梯度多孔样品的Tafel斜率最低为129 mV?dec^-1,明显低于均匀多孔电极的Tafel斜率168和211 mV?dec^-1。析氢过程受Volmer步骤控制,尽管镍电极析氢动力学特性得到提升,但并未改变镍电极的析氢机理,所有样品的Tafel斜率均高于120 mV?dec^-1。因此,引入梯度多孔结构可有效降低镍电极材料的析氢过电位,提升析氢性能。本研究为镍电极的结构优化设计及析氢性能的提升,提供了新思路。     

激光熔凝对生物可降解Zn-1Mg-0.2Fe合金组织和性能的影响

通过激光熔凝技术,在可降解Zn-1Mg-0.2Fe合金表面制备了一层熔凝层,并采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、高速往复摩擦实验机、显微硬度计、电化学工作站和浸泡实验系统评估了熔凝层的微观组织、摩擦磨损性能、硬度和腐蚀行为。结果表明:铸态和激光熔凝试样均主要由α-Zn基体相、Mg2Zn11和FeZn13相组成。激光熔凝层组织较锌合金基体致密且FeZn13第二相趋于圆整和细化。在Hank’s溶液中的摩擦磨损实验表明,激光熔凝试样的摩擦系数为0.821、磨损损失为1.7 mg,相对于铸态试样具有更低的摩擦系数和磨损失重量。腐蚀磨损机理主要为犁削和轻微的磨粒磨损;激光熔凝试样在Hank’s溶液中的腐蚀电位为-1.030 V vs.SCE、腐蚀电流密度为37.4μA/cm2、腐蚀速率为498.0μm/a,相对于铸态试样具有更正的腐蚀电位、更低的腐蚀电流密度和腐蚀速率。激光熔凝试样在Hank’s溶液中浸泡30和90 d后的降解速率分别为39.2和28.7μm/a,较铸态试样分别降低了9.4%和3.7%,表现出更优异的耐腐蚀性能。