激光增材制造高温合金材料与工艺研究进展

概述了激光增材制造技术在高温合金中的进展.介绍了增材制造高温合金的技术特点和应用、微观组织及冶金缺陷的形成机制与种类,并从激光参数以及成分设计2个方面综述了增材制造高温合金的缺陷控制方法,明确了激光工艺参数优化与成分优化的方向.最后,从工艺和材料2个方面对激光增材制造在高温合金中的未来发展趋势与研究方向进行了展望.     

国内外电子束熔丝沉积增材制造技术发展现状

随着增材制造技术的不断发展,各种增材制造技术,如电弧增材制造、激光增材制造和电子束增材制造等,在其相应的领域内展开了广泛的研究.文中总结了电子束熔丝沉积增材制造技术的特点.重点介绍了国内外对电子束熔丝沉积技术开展的研究工作,简要介绍了国内外学者在电子束熔丝沉积技术设备和工艺方面取得的最新研究成果.分析了电子束熔丝沉积技术目前亟需展开的研究工作,并展望了该技术应向活泼难熔金属、复合材料、梯度材料制备与大型复杂构件的增材制造等方向发展.     

激光/电弧增材制造金属的热处理工艺研究现状与发展

热处理对调整增材制造金属的组织与力学性能具有重要意义。随着增材制造技术的发展,后续热处理工艺的研究已经逐渐为各国研究者所关注,并成为了增材制造领域一个重要的研究方向。结合典型增材制造金属材料的组织特征说明了研究热处理工艺的意义所在,综述了近年来增材制造金属热处理工艺的研究现状,涉及的材料包括钛合金、镍基合金、钢等,重点阐述了热处理前后材料组织与力学性能的变化,并分析了未来这一技术潜在的发展方向。     

电弧增材与激光增材复合制造GH4099的显微组织与力学性能研究

结合电弧增材制造沉积率高、成本低和激光增材构件质量高的优势,提出了电弧增材与激光增材复合的制造技术,用于高效、高质量GH4099材料零件制造。通过在电弧增材基板上进行激光直接沉积实验,对比了两种增材制造工艺所得涂层的显微组织和力学性能;探究了两种增材构件界面处的显微组织与力学性能。结果表明:电弧增材与激光增材的显微组织均沿沉积方向外延生长,且激光增材GH4099的显微组织要细于电弧增材的。在两种增材构件的交界处,当激光增材沉积方向与电弧增材沉积方向平行时,整体构件显微组织具有同一生长方向;并得到相比于垂直于电弧增材沉积方向时更高的力学性能。     

双丝电弧增材梯度材料的工艺性能

双丝电弧增材技术是一种利用电弧热熔化两种不同种类焊丝的增材制造技术。使用MG70S-6和QD266两种焊丝,通过调节双丝的送丝速度制备沿高度方向呈现不同性能的梯度功能材料,同时研究增材的微观组织,分析梯度材料的力学性能。试验结果表明,通过调节送丝速度可改善增材成形效果;优化后的梯度材料主要由胞状晶和树枝晶组成,且生长方向沿高度方向发生变化,微观组织主要为铁素体和少量珠光体构成,在顶层出现少量的贝氏体组织;随着每层耐磨焊丝熔敷比例增加,淬硬组织增多,硬度值也逐层递增,顶层硬度值达到451. 9 HV。     

NiTi形状记忆合金激光增材制造研究进展

NiTi形状记忆合金卓越的功能特性,生物相容性,高阻尼及低刚度,耐腐蚀等性能,深受广泛关注。NiTi形状记忆合金制备、加工困难,成为阻碍NiTi形状记忆合金应用的关键。近20年发展起来的增材制造技术,能直接成形制造复杂的NiTi形状记忆合金结构,在航空航天、医疗设备等领域具有巨大应用价值和发展前景。本文结合国内外NiTi形状记忆合金激光增材制造研究中面临的主要问题和解决方法作综合评述。具体包括NiTi形状记忆合金传统制造和激光增材制造对比;激光能量输入和热处理工艺对激光增材制造NiTi形状记忆合金微观组织、机械力学性能和功能特性的影响;及展望未来激光增材制造NiTi形状记忆合金研究方向。     

增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

基于电弧的多能场复合增材制造技术研究现状

增材制造主要分为激光增材制造技术、电子束增材制造技术和电弧增材制造技术。相较于其他增材制造技术和传统加工方式,电弧增材制造技术具有成形速度快、成本低、材料利用率高,以及成形件化学成分均匀且性能优良等优势,被广泛应用于大型金属零件制造。电弧增材制造因具有多样化的应用方向,可以满足不同标准零部件的加工制造,已经逐步成为当下主流的零部件加工技术。主要介绍了单一热源(如钨极)气体保护增材制造技术、等离子弧增材制造技术、熔化极气体保护增材制造技术、冷金属过渡增材制造技术和多能场辅助电弧复合增材制造技术,包括磁场–电弧、激光–电弧和电场–电弧等复合增材制造技术等。从宏观形貌、微观组织和力学性能3个角度出发,分析了工艺参数或工艺自身特性对增材制造成形件宏观形貌的影响,讨论了成形件显微组织演变机制及其力学性能,同时提出了单一热源与多能场辅助电弧增材制造技术在现阶段存在的问题,并给出了建议。     

不锈钢增材制造件的激光超声表面波声速研究

利用激光超声技术对增材制造件进行无损检测具有重要的理论和应用价值.因此,针对不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造样品进行试验.利用激光超声在样品不同成型方向上测试,对表面波声速进行了表征.结果表明:不同激光功率下制备的316L不锈钢增材制造件的成型质量与表面波传播速度有着密切的关系,而且同一增材制造件在不同成型方...     

激光增材技术制备金属基石墨烯复合材料

增材制造技术（3D打印）是先进制造技术的重要发展方向,已经应用到航空航天、汽车工业、生物医学等重要领域中。自2004年首次剥离出单层石墨烯后,石墨烯等二维晶体材料逐渐成为了复合材料领域的研究热点。其表现出的优良力学性能及导电导热性使其更加适用于增强相材料。石墨烯与金属合金复合,通过调整石墨烯增强相的含量和分布,有望大幅提高金属基体材料的力学强度、导电导热等性能,获得性能优异的结构功能一体化材料。激光增材制造技术和石墨烯纳米片高比表面积和各向异性的优点相结合,对石墨烯与金属粉末进一步加工混合,再逐层打印构造3D 结构,已成为一个全新的研究方向,正在引领着第四代工业革命的进展。本文以激光增材制造技术为主体,从三个角度综述激光增材制造技术制备金属基石墨烯复合材料的研究进展,即激光增材制造技术制备石墨烯铝、镍及其他金属基复合材料,对比了形成工艺以及材料的性能,并分析了今后可能的发展方向。     

航空航天用电弧熔丝增材制造研究综述

电弧增材制造因其成形效率高、适用材料范围大、设备简单、工件尺寸不受限制等特点,在航空航天领域大型金属构件制备方面具有独特优势。对航空航天领域涉及的电弧熔丝增材制造(Wire and Arc Additive Manufacturing,WAAM)典型材料的微观组织及力学性能进行了总结分析,从增材过程工艺控制、增材后热处理以及复合增材技术三个方面综述了电弧熔丝增材工艺质量控制的方法,并概述了近年来大型金属构件电弧熔丝增材制造的应用情况,最后对大型金属零件电弧熔丝增材制造技术的发展方向进行了展望。     

TA2纯钛激光同轴送丝增材制造组织和性能研究

探讨了单向平行、蛇形往复和蛇形正交3种不同路径下利用激光同轴送丝增材制造技术制备的TA2纯钛试件微观组织和力学性能的差异。结果表明，在合适的工艺参数下，可以实现TA2纯钛激光同轴送丝增材制造的良好成形，试件表面呈银白色，其横、纵向力学性能均可达到GB/T 3621—2022对TA2纯钛板材的要求；3种路径下制造过程的热输入和散热条件类似，焊缝微观组织均为锯齿状α相。不同增材路径下的焊道熔合形貌不同，力学性能差异较大，其中单向平行和蛇形往复路径试件的各向异性较强，蛇形正交路径试件的各向同性较强；单向平行路径试件的纵向抗拉强度和屈服强度均最高，蛇形正交路径试件的横向断后伸长率较高，塑性较好。     

电弧增材制造过程形性调控方法及在线质量监测技术研究进展

电弧增材制造(WAAM)技术具有效率高、能量利用率高、经济成本相对较低且适用于大型零部件的制造等优势，已被广泛应用于航天航空、汽车工业等领域。文中从电弧增材制造的全过程出发，以提高电弧增材制造构件精度和组织性能为目标，综述了国内外形性调控材质的研究进展，深入分析和讨论了增材制造各个阶段，包括工艺参数、路径规划、特殊能场辅助、增材复合制造，基于此过程提出对在线质量监测方面的探讨。最后，针对电弧增材制造技术面临工艺方案缺乏普适性、路径规划软件适用性不强、在线监测技术不成熟、构件质检无统一标准等主要挑战，进一步对电弧增材制造未来发展方向进行阐述，即建立工艺数据库、开展多源信息传感融合研究、研发高效模型切片和路径规划一体化软件等。     

多孔金属激光增材制造研究进展

激光增材制造技术具有柔性化程度高、适应性强、材料利用率高、近净成形等特点,被广泛的应用于兼具功能和结构作用的多孔金属的制备。多孔金属激光增材制造技术按孔形成机制的不同可分为直接成孔法、添加造孔剂法以及结构设计成孔法。在介绍多孔金属激光增材制造国内外研究现状的基础上,指出各制备工艺的特点,并展望了多孔金属激光增材制造技术的发展趋势。     

激光选区增材制造420不锈钢件的组织及力学性能

增材制造是复杂制备的优势工艺，因此，对420不锈钢3D打印件的组织及性能进行研究，可为420不锈钢复杂件增材制造提供前期数据。采用激光选区增材制造制备420不锈钢件，采用光学显微镜、扫描电镜分析打印态及固溶处理态的组织，采用拉伸试验机测试力学性能。结果表明：420不锈钢具有良好的激光选区增材成形性能，其组织为典型的不锈钢打印组织；固溶热处理使组织发生变化，典型鱼鳞打印组织变得模糊；固溶处理的力学性能优于打印态。     

高熵非晶材料及其增材制造技术研究进展

高熵非晶合金具有独特的物理、化学和力学性能以及更好的热稳定性,因而其制备技术成为国内外重要的研究热点之一. 然而利用传统技术制备高熵非晶材料时会产生晶粒粗大及材料浪费等缺点,难以满足工艺生产需要. 而增材制造技术的精准制造和快速冷却等特点可以解决这一问题,制备出各项性能优越的高熵非晶合金. 简要介绍了高熵非晶材料的研究体系和常用制造方法,着重阐述了高熵非晶材料的断裂强度、耐腐蚀性和热稳定性的研究,对增材制造技术的工艺特征和优势,以及利用增材制造技术制备高熵非晶合金的科学难点作出了总结. 结果表明,利用增材制造技术有利于获得致密均匀的高熵非晶材料,但对于非晶相形成的解释仅限于高熵合金4大效应.最后阐述了近年来利用常用的两种增材制造手段制造高熵非晶合金的研究,并对增材制造技术制备高熵非晶材料的发展趋势提出了展望.     

搅拌摩擦增材制造技术研究现状与发展趋势

现有的高能束增材制造技术在成形大型高性能金属构件时存在适用材料范围有限、能源利用率低以及成形件各向异性等工艺特点,搅拌摩擦增材制造是近年来发展起来的一项新型固相增材制造技术,其无液态金属熔凝过程的成形特征为铝合金、镁合金等易氧化轻质合金的高性能快速制备提供了新的增材制造途径。文中首先指出现有高性能金属构件增材制造技术应用的局限性,重点介绍搅拌摩擦增材制造技术的工艺原理、性能优势及应用现状。综述了国内外所开展的主要搅拌摩擦增材制造技术现状,包括同轴送料式、预置料式等类别,进而展示了搅拌摩擦增材制造技术在轻质大型结构件增材制造及特征结构添加,梯度材料与涂层制备,缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面的应用潜力。最后,对搅拌摩擦增材制造技术的发展趋势进行了展望。通过文中综述,以期推动该技术在国内航空航天等领域大型轻质材料构件的制备方面实现应用。 创新点： (1)为解决现有激光/电子束等高能束增材制造技术在轻质材料构件应用方面的局限性,文中对搅拌摩擦增材制造这一新型固相增材制造技术开展调研分析,其无液态金属熔凝的成形特性使得制件不会形成与快速凝固相关的缺陷,如孔隙率、热烈纹、元素偏析、稀释、微细分散氧化物聚集以及高残余应力,具有更高成形效率、更大成形尺寸、更优的力学性能。 (2)文中通过对搅拌摩擦增材制造技术的工艺特性与应用现状分析,总结出了该技术在轻质大型结构件增材制造、特征结构添加、梯度材料与涂层制备、缺陷损伤修复及新型复合材料制备等方面具备较大的应用潜力。     

增材方向对激光粉末床熔融钨材料抗高热负荷性能的影响

激光粉末床熔融(LPBF)作为一种新兴的增材制造技术,为未来聚变堆偏滤器mono-block的制备提供了新的成形方法。本研究利用LPBF,采用水平增材和竖直增材2种方式对纯钨样品进行了制备。研究发现,在15 MW/m2的热负荷下,竖直增材样品发生了明显的熔化和飞溅现象,水平增材样品只发生少许开裂和轻微溅射。通过微观组织表征发现,LPBF过程中不同方向组织的差异导致了钨热导率的各向异性。对于水平增材样品,热流方向平行于增材方向,沿该方向生长的柱状晶有利于热量传导;对于竖直增材样品,热流方向垂直于增材方向,晶界及以网格状分布的裂纹阻碍热量传导,热量在表面积累并导致熔化。因此,增材方向对利用LPBF制备偏滤器mono-block部件有着重要的影响。     

基于激光直接制造技术的材料研究

激光直接制造技术是一项从微观组织-宏观性能-零件性能全过程控制的技术,其中材料研究是重要技术特色之一.本文综述了激光直接制造技术材料研究的4个层次：从常用合金粉末到高性能复杂金属零件的实现、梯度材料的制备与梯度复杂零件的激光直接制造、特种材料的直接合成与特种材料复杂零件的激光直接制造和多元合金体系的研究.     

激光增材制造过程中循环热输入对组织和性能的影响

激光增材制造(LAM)中逐层沉积形成独特的循环热输入,能对沉积材料产生原位热处理(IHT)效应,具有调整微观结构和提高材料力学性能的潜力。本文针对LAM中循环热输入现象进行了详细阐述,分析了工艺参数、沉积方向、层间延时、基板预热、激光重熔等对循环热输入的影响行为。不同的循环热输入能对晶粒取向、相组成、第二相析出等微观组织产生明显的影响,进而影响其力学性能。循环热输入产生的IHT效应,为改善材料性能和研发新材料提供了契机。因此本文提出了理解和建立成分-工艺-IHT效应-组织结构-力学性能之间关系的理论,进而为基于IHT效应的LAM专用新材料的研究和发展提供启示。