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。     

激光选区熔化成形YSZ/7075铝合金的显微组织与力学性能

以7075铝合金粉末为原料,采用SLM技术制备了7075铝合金和YSZ/7075复合材料试样,并研究了SLM工艺参数及钇稳定氧化锆（YSZ）添加含量对7075铝合金试样微观组织结构和力学性能的影响．试验结果表明：SLM成形7075铝合金试样的相对密度,随着激光能量密度的增加呈先增大后减小的趋势;SLM成形试样沿晶界分布着网状裂纹,添加钇稳定氧化锆（YSZ）纳米粉体能明显抑制SLM成形7075铝合金的裂纹;当YSZ添加量为2%、激光功率为270 W、扫描速度为800 mm/s时,试样相对密度为96.62%,平均晶粒尺寸由20.4 μm细化至4.26 μm,显微硬度为120 HV,试样的抗拉强度及屈服强度分别为209 MPa和196 MPa,是未添加YSZ试样的5.5倍和2倍,延伸率为4%．     

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.     

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.     

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。     

激光选区熔化成型TC4免装配部件工艺优化

基于改善激光选区熔化成型免装配部件的表面质量以及间隙配合运动,采用单因素试验和正交试验研究了激光选区熔化过程中的激光功率、扫描速度、扫描线间距对成型件表面粗糙度的影响,以及研究了激光体能量密度对球副配合运动影响。结果表明：当激光功率为200 W、扫描速度为550 mm/s、扫描线间距为0.12 mm时,成型件表面粗糙度Ra达到最小值12 μm;当球副空腔比为0.2,体能量密度在60~90 J/mm3时,球副间隙无明显粘粉情况且配合灵活。     

激光选区熔化成形nano⁃WC/CX钢微观组织及机械性能初探

为进一步提高激光3D打印CX不锈钢材料的机械性能,首先使用静电自组装方法对CX钢粉末表面进行了纳米WC粉末的修饰,之后对经纳米WC表面修饰的CX钢粉末进行了激光选区熔化成形 (Selective laser melting,SLM),对比了添加体积分数5%的WC前后的SLM CX钢试样的机械性能．结合金相显微镜 (OM)、扫描电子显微镜 (SEM)、能谱分析 (EDS) 及电子背散射衍射（EBSD）等材料表征手段,对SLM nano-WC/CX钢试样的微观组织结构、元素分布及相应机械性能进行了对比分析．结果表明：体积分数为5%的纳米WC的加入,对SLM nano-WC/CX钢的硬度提升有所帮助,使硬度值从352±8.2 HV_0.2提升至361±23.5 HV_0.2;尽管纳米WC的加入使SLM nano-WC/CX钢的延伸率有所降低,但其最大拉伸强度则由1091.4±6.12 MPa提升到了1109.7±15.26 MPa．总之,初步探索可以发现,通过静电自组装方法,在CX钢粉末表面添加适量的纳米WC颗粒可以有效改善SLM CX钢的最终机械性能．      

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．      

感应等离子球化钽粉制造研究

研究对比了两套不同功率的Tekna感应等离子球化设备进行钽粉球化制造的情况。重点分析了送粉速率对钽粉球化效果及生产效率的影响。结果表明,钽粉送粉速率的选择与设备使用功率、粉末原料流动性等多因素相关。在保障钽粉球化效果前提下,80 kW设备对钽粉处理效率远高于15 kW。大功率设备不仅在粉末处理速度上占据优势,而且粉末球化效果及成品率也相应提升。本文还论述了钽粉球化过程中出现的气化损耗、杂质去除等机理。     

热处理工艺对激光3D打印成型CX不锈钢组织与性能的影响

为了探究热处理温度对激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）技术制备的CX不锈钢微观组织和性能的影响,在不同温度（430、480和530 ℃）下对激光3D打印CX不锈钢进行热处理,并采用XRF、XRD、SEM等方法对样品进行化学成分、组织及性能的分析。结果表明：在SLM打印过程中,导致粉末中Al元素烧损率达19.2%;热处理工艺不影响激光3D打印成型不锈钢的密度,热处理前后样品密度均为7.72 g?cm^-3、致密度达到99%;随着热处理温度升高,CX不锈钢的屈服强度和抗拉强度均有提高,当热处理工艺为480 ℃×10 h（炉冷）时,屈服强度为796.5 MPa、拉伸强度为1 301.5 MPa、硬度为45.2 HRC,相比较打印态,分别提高了60.3%、19.0%和21.4%;断裂伸长率则先提高后降低,经480 ℃×10 h（炉冷）处理后断裂伸长率为16.0%,相较于打印态,提高了12.9%。SEM结果显示,断口为解理断裂和韧窝形貌,属于脆性-韧性混合断裂模式。微观组织分析结果表明：热处理后试样显微组织中的细小树突结构逐渐消失,转而变为粗大的马氏体组织,并且伴随着少量奥氏体的出现;随着热处理温度升高,马氏体转变为边界清晰且粗大的板条状。经热处理后可获得致密度良好、综合力学性能优异的CX不锈钢,为CX不锈钢能运用到更多的应用场景中提供了参考。     

民机用AlSi10Mg合金SLM成形组织与性能

采用激光选区熔化技术制备民机用AlSi10Mg铝合金的可行性,并对其性能适用性进行评价。发现AlSi10Mg铝合金SLM成形组织致密、力学性能优于成分相当的ZL104铸件和AlSi10Mg砂铸件,横向塑性比竖向略优,竖向抗拉强度比横向略优,在激光扫描功率等参数不变且都能获得显微组织形貌良好、无明显的冶金缺陷情况下,低扫描速度获得的力学性能略优于高扫描速度性能。     

冷喷涂/选区激光熔化复合增材制造成形纯铜显微结构与力学性能的研究

基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术,以经热处理的冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形,成功制备出具有多重组织结构和优异结合强度的纯铜试样,并通过金相显微镜、扫描电子显微镜和拉伸试验等分析测试方法,系统研究了热处理对其显微结构和力学性能的影响．研究结果表明：以原始态冷喷涂沉积纯铜为基体进行选区激光熔化成形时,试样上下两部分分别由均匀排列的鱼鳞状熔道和扁平化沉积粒子堆积搭接而成,两者界面由于冷喷涂沉积粒子之间的机械结合和局部冶金结合而表现出较低的结合强度;冷喷涂沉积纯铜经热处理之后,其晶粒发生再结晶和长大而形成大量等轴晶和孪晶,有效地愈合了沉积粒子之间的界面;与此同时,由于选区激光熔化成形过程中的定向散热和凝固特性,成形纯铜试样内部晶粒呈柱状生长,部分柱状晶穿过熔池边界并在界面处与冷喷涂沉积纯铜冶金结合,从而使得试样结合强度显著提高,其值高达62 MPa,较冷喷涂沉积纯铜提高了38%．表明,基于冷喷涂和选区激光熔化复合增材制造技术的可行性,为快速实现大尺寸、复杂结构、高精度金属构件指明了新的方向．      

激光选区熔化成形Ti⁃12Mo⁃6Zr⁃2Fe（TMZF）合金微观组织及力学性能的研究

为了探究激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）Ti-12Mo-6Zr-2Fe（TMZF）合金的微观组织与力学性能,采用TMZF合金粉进行激光增材制造,研究了铸造TMZF合金与SLM TMZF合金试样微观组织与力学性能的差异．结合X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段,对TMZF合金试样的物相分布、微观组织结构、元素分布及试样拉伸断口进行了对比分析．结果表明：SLM TMZF试样与铸造TMZF试样的组织中都含有大量β-Ti组织;SLM TMZF试样的平均显微硬度为355.7±5.64 HV_0.2,铸造TMZF试样的平均显微硬度为354.8±5.44 HV_0.2;SLM TMZF试样的屈服强度为934±4.1 MPa、抗拉强度为993±2.4 MPa、延伸率为14.4±0.6 %,而铸造 TMZF试样的屈服强度为1052±12.1 MPa、抗拉强度为1055±11.7 MPa、延伸率为10.4±1.2 %．为进一步探究激光选区熔化制备TMZF的后处理打下基础．