南京工業(yè)大學(xué)團(tuán)隊采用PREP工藝制備高品質(zhì)鈦合金粉末

來源：南京尚吉

近日，南京工業(yè)大學(xué)鈦合金材料基礎(chǔ)研究團(tuán)隊提出一種新型采用激光熔融沉積技術(shù)制備的Ti-Fe合金，其中添加適量的B以實現(xiàn)對增材制造鈦合金組織的調(diào)控，促進(jìn)等軸晶的形成，有效克服因鈦合金增材制造凝固過程自發(fā)形核不足而產(chǎn)生柱狀晶的問題，同時分別采用鑄造、鍛造的方式制備了該合金，對比發(fā)現(xiàn)激光沉積制得Ti-Fe-B合金具有更優(yōu)的力學(xué)性能，其中抗拉強(qiáng)度達(dá)到779MPa，分別達(dá)到鍛造合金抗拉強(qiáng)度的1.5倍，鑄造合金抗拉強(qiáng)度的1.7倍（如圖1所示）。

圖1  不同制造工藝下Ti-Fe-B合金的應(yīng)力應(yīng)變曲線(a)和力學(xué)性能(b)

該研究認(rèn)為Ti-Fe-B合金在鑄造凝固過程中生成TiB相，并在較低的冷卻速率下，生長為寬大的針狀組織；在鍛造過程中，由于溫度遠(yuǎn)低于TiB相熔點(diǎn)，針狀組織僅在變形過程中發(fā)生機(jī)械破碎，生成相對較短的組織；而粉末制備過程中，制粉用Ti-Fe-B合金鍛棒經(jīng)歷重熔以及高冷速下的再結(jié)晶過程，雖然鍛棒中的針狀TiB沉淀相分布不均勻，導(dǎo)致僅部分粉末顆粒上可以觀察到TiB相，而富B顆粒則形成網(wǎng)狀組織，但制得的粉末經(jīng)后處理混勻并在激光熔融沉積時再次熔化，TiB沉淀相得以在微熔池中重新分布，形成一個更加連續(xù)、精細(xì)的組織（如圖2所示）。

圖2  不同制備方式下Ti-Fe-B合金的宏觀和微觀組織(a, b, c)激光熔融沉積，(d, e)鑄造，(f, g)鍛造

上述研究成果牛京喆博士以《Microstructure and mechanical properties of B modified Ti-Fe alloy manufactured by casting, forging and laser melting deposition》為題，發(fā)表在頂級期刊《Composites Part B》上，該工作由鈦合金基礎(chǔ)研究團(tuán)隊和南京尚吉應(yīng)用研究團(tuán)隊共同完成。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108854

上述研究中的激光熔融沉積原料——Ti-Fe-B合金粉末，采用PREP工藝制備，包括粉末材料制備和激光熔融沉積過程均在南京尚吉完成，所用粉末的形貌、粒度分布及微觀組織如圖3、4所示。

圖3  Ti-Fe-B合金粉末顆粒形貌(a)和粒度分布(b)

圖4  PREP工藝制得Ti-Fe-B合金粉末的微觀組織