金属粉末特性对选区激光熔化工艺及其制件性能影响

高品质金属粉末是选区激光熔化（selective laser melting,SLM）制备高性能制件的重要基础。粉体特性对选区激光熔化技术的影响及其机理研究是理解选区激光熔化技术不可或缺的重要组成部分。本文从粉末物理和化学特性出发,论述了粉末特性对选区激光熔化工艺、制件微观组织与性能的影响。结果表明,粉末的物理特性,尤其是粉末形貌和粉末粒度分布能显著影响其流动性和粉末床堆密度等关键工艺特性;而粉末的化学成分,特别是杂质成分,是影响制件相组成和微观组织的重要因素。在此基础上,本文进一步介绍了选区激光熔化过程中高能量源与粉末颗粒的冶金作用机理研究进展。     

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.     

大气等离子喷涂制备SOFC连接体铜掺杂锰钴尖晶石涂层

为了进一步提高锰钴尖晶石连接体防护涂层的高温电导率,采用大气等离子喷涂技术制备了铜质量分数占比为5.38%的锰钴尖晶石涂层.通过SEM/EDS,XRD和XPS等方法表征了涂层在不同氧化时间下的微观形貌、物相及元素价态,采用恒定电流为0.2 A的直流四电极法测量涂层的高温电导率.结果表明:氧化四周后的涂层依然保持完整,无开裂及剥落,高温氧化性能良好,在高温条件下保温使涂层与基体中的元素发生了互扩散;750℃下的电导率是20 S/cm, 800℃时电导率值稳定在27 S/cm;涂层未检出含Cu尖晶石相,可能是成功掺入尖晶石的Cu元素较少.     

基体厚度对PtAl涂层与镍基单晶高温合金互扩散行为的影响

采用电镀Pt气相渗铝的方法,在不同厚度(0.8,1.0和1.3 mm)的镍基单晶高温合金基体表面制备了单相的β-(Ni,Pt)Al涂层.利用SEM/EDS及EPMA等表征方法,研究试样在1100℃热暴露200 h过程中涂层/基体界面的微观结构演变和各组元的元素分布.结果表明:不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样在1100℃热暴露200 h后截面微观形貌无明显差异,热暴露36 h后在互扩散区下方均形成了分布有TCP相的二次反应区,热暴露200 h后基体厚度为0.8,1.0和1.3 mm的试样中SRZ厚度分别为37,35和34μm;不同基体厚度的PtAl涂层/镍基单晶高温合金试样,在1100℃热暴露200 h后成分分布无明显差异,涂层与基体间主要发生Ni,Co,Cr和Ru的外扩散及Pt和Al的内扩散.     

电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化（EBM）增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本文重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800 ℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO2、Al2O3及TiO2 / Al2O3混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。     

激光选区熔化AZ91D镁合金的微观组织与力学性能

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金的微观组织、物相和力学性能进行分析。结果表明,在功率为130 W、扫描速度为300 mm/s、体能量密度为144.44 J/mm³时,所得试样的致密度最佳。SLM AZ91D试样中存在α-Mg、β-Mg₁₇Al₁₂两相,并且熔池边缘由蜂窝状的等轴晶和柱状晶共同组成,与铸态AZ91D试样的微观组织和力学性能进行对比,SLM AZ91D试样的晶粒更细小(平均晶粒尺寸约为1.013μm),且显微硬度(97.10HV_0.1)及抗拉强度(316 MPa)均高于铸造态AZ91D试样(76.61HV_0.1;208 MPa)。     

激光增材制造FeNi坡莫合金及其磁性能研究

以Fe-50%Ni预合金粉末为原材料,并采用激光选区熔化（Selective laser melting, SLM）技术制备坡莫合金,通过光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜等对采用不同工艺参数制备的SLM Fe-50%Ni合金的微观组织进行观察表征,分别在直流及交流条件下采用磁性能测试仪对其稳态磁性能及动态磁性能进行测试分析,其中直流测试中最大外磁场强度为5000 A/m．同时,研究了在交流条件下外磁场强为10 mT时不同频率下的铁损变化．研究结果表明：随着扫描速度的降低,即激光体积能量密度的增加,合金样品的孔隙率降低,显微硬度升高,但是过高的能量密度也使得热应力增加而产生微裂纹,晶粒尺寸也较大;合金样品的主相均为γ-(Fe-Ni)相,微观组织主要为沿打印方向的柱状晶组织,但在其熔池边界附近也存在少量的等轴晶,晶粒大小呈现微观不均匀性;选择适合的能量密度对合金的内部质量及性能至关重要,在使用较适合的体积能量密度制备的SLM合金样品的相对孔隙率低于0.5%、矫顽力为270 A/m、饱和磁感应强度为1.2 T、剩余饱和磁感应强度为0.4 T;当磁场强度为10 mT时,随着频率从10 kHz增加至100 kHz,铁损随着频率的升高而升高．      

含镁轻质高熵合金的研究进展

镁被誉为21世纪绿色金属结构材料,在交通、航空等轻量化需求领域中具有广阔的应用前景。然而镁合金的绝对强度及塑性加工能力有限,极大程度地限制了镁合金的应用。近年来,由5种或5种以上等物质量比或近等物质量比金属形成的高熵合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等优异性能,成为最具发展潜力的新材料之一。高熵合金的独特设计理念为镁合金的强度和塑性的综合提升提供了有效的借鉴。采用镁等低密度组元可显著降低高熵合金的密度,同时又兼具高熵合金的优异性能,如含镁轻质高熵合金Al_(20)Li_(20)Mg_(10)Sc_(20)Ti_(30)的密度仅有2.67g·cm^(-3),但硬度可达5.9 GPa。对含镁轻质高熵合金的设计制备、微观组织及性能的研究进展进行了总结归纳,概括了当前研究中存在的问题,对含镁轻质高熵合金的未来进行了展望,旨在为含镁轻质高熵合金的研究提供一定的参考。     

回火形变对亚温淬火中碳低合金钢组织和性能的影响

中碳低合金钢在低温下的冲击韧性差,使其应用受到一定的限制。为增强中碳低合金的韧性,通过回火形变工艺构筑超细纤维的仿生组织,实现材料的强韧化。结果表明:经过回火形变后的42CrMo钢组织中包含细长纤维晶粒、<101>//RD的强织构及纳米碳化物,这种“类竹子”的仿生组织可显著提高材料的屈服强度和抗拉强度,抗拉强度达1.4 GPa以上;由于仿生纤维组织裂纹分层与分叉的增韧作用,这种新型材料具有更低的韧脆转变温度,在-80℃条件下的冲击韧性高达107 J,综合力学性能显著高于调质处理的42CrMo钢。该研究对高性能金属材料的设计和制造,具有一定的指导意义。     

喷雾干燥制备纳米氧化钇研究

液相沉淀法制备纳米粉体过程中,喷雾干燥参数的选择直接影响粉末产物的形貌和粒径。针对碳酸钠和碳酸氢钠混合沉淀剂沉淀获得的前驱物,采用先进喷雾干燥工艺对其脱水造粒,旨在解决粉末团聚等问题。结果表明:在干燥温度150℃,蠕动泵速度40%的喷雾干燥条件下,可获得D_(50)=3.30μm、(D9_(0)-D_(10))/2D_(50)=0.46,粒径分布窄的球形纳米碱式碳酸钇前驱团聚体;通过控制升温速度5.375℃/min,煅烧温度860℃,煅烧时间1h,团聚体可制备得到单一粒径30-60 nm、D_(50)=0.050μm,分散性良好的立方晶型纳米Y_(2)O_(3)。