頂刊《AM》：通過激光鋪粉3D打印制備CoCrMo-Inconel718梯度材料

作者 | 溫耀杰、張百成、趙浩等
來源 | Additive Manufacturing        

研究背景與簡介
連續(xù)梯度合金（CGA）的制備是目前高性能零件制造、高通量材料開發(fā)研究的焦點(diǎn)。由于傳統(tǒng)的直接金屬沉積（DED）、粉末冶金（PM）等梯度材料制備工藝在制造精度、成分梯度控制等方面仍存在技術(shù)瓶頸，導(dǎo)致該領(lǐng)域的研究與應(yīng)用受到限制。因此，開發(fā)新型連續(xù)梯度合金制備工藝并制備高性能連續(xù)梯度合金具有重要意義也充滿挑戰(zhàn)。

近日，北京科技大學(xué)曲選輝教授團(tuán)隊(duì)張百成副教授等研究人員在增材制造領(lǐng)域頂級期刊Additive Manufacturing在線發(fā)表了題為“Laser powder bed fusion of compositionally graded CoCrMo-Inconel 718”的研究論文。北京科技大學(xué)碩士畢業(yè)生溫耀杰為該工作的第一作者，文章作者還包括北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司的趙浩博士與印度、新加坡、香港等國家地區(qū)學(xué)者。

論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.101926

研究內(nèi)容
該工作利用北京科技大學(xué)與北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司聯(lián)合研發(fā)的梯度合金打印設(shè)備，成功制備了高質(zhì)量的CoCrMo/Inconel 718連續(xù)成分梯度合金。通過高通量表征手段發(fā)現(xiàn)，在CoCrMo端主要由γ-fcc相柱狀亞晶和少量片層裝ε-hcp相組成，隨Inconel含量增多，顯微組織結(jié)構(gòu)則主要由γ-fcc相柱狀亞晶組成，以及少量Laves相沉淀在亞晶界。柱狀晶具有沿BD方向的<001>晶粒凝固纖維織構(gòu)，CGA的成分、組織和織構(gòu)的均勻性也保證了沿梯度方向拉伸性能和硬度符合預(yù)期變化。在成分上的平滑梯度，無不良的金屬間化合物相和非平衡相，再加上均勻的晶粒尺寸，確保了力學(xué)性能的連續(xù)變化，可滿足承載應(yīng)用的工程部件的關(guān)鍵需求。從更廣泛的角度來看，相比于自底向上的梯度材料打印方法，該研究提供了一種全新思路，并表現(xiàn)出了良好的性能及優(yōu)勢，作為一種新型的異種合金直接制造工藝，具有巨大的工業(yè)應(yīng)用潛力。

圖1： (A)本研究開發(fā)的CGA-LPBF制造系統(tǒng)示意圖及(B)二維截面，(C) 化學(xué)成分沿梯度方向的分布，(D) 使用黑/白兩種顏色的砂子模擬梯度粉層鋪放，(E) 制備的CoCrMo/Inconel 718 CGAs 樣品，(F)沿梯度方向相對密度的變化

圖2 (A-a)沿梯度方向微觀結(jié)構(gòu)的變化，(A-b)沿梯度方向的亞晶粒尺寸分布；(B-a)位置A的TEM明場像以及基體的衍射花樣，(B-b) 位置B的TEM明場像以及基體的衍射花樣；(C)沿梯度方向不同Ni含量的XRD衍射圖譜； (D-a) 沿梯度方向不同不同位置的IPF maps，以及相應(yīng)的(D-b)極圖

圖3 沿梯度方向測量，不同Ni含量下的(A)應(yīng)力應(yīng)變曲線，(B)拉伸性能，(C)結(jié)構(gòu)熵，(D)硬度變化。

致謝：該研究得到了國家自然科學(xué)基金(No.: 51901020)，山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(No.: 2019JZZY010327)，航空科學(xué)基金(201942074001)，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(FRF-IP-20-05)的支持。

圖：隆源成型選區(qū)激光熔化設(shè)備AFS-M120X。已被全球3D打印產(chǎn)品庫https://product.nanjixiong.com/收錄