分析：激光拋光對TiAl增材制造件

供稿人：趙懿臻 張航 供稿單位：西安交通大學(xué)機(jī)械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室

激光沉積制造（LDM）是一種自由形式的金屬沉積工藝，該技術(shù)有著許多優(yōu)點，也有一些問題，其中最關(guān)鍵的問題之一是生產(chǎn)的工件表面質(zhì)量很差，需要進(jìn)行后加工。傳統(tǒng)的加工方法，如銑削和磨削，已被用來改善LDM部件的表面質(zhì)量。然而，這些方法都存在一些缺點，如刀具磨損和狹窄區(qū)域難以加工等等。 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所的研究者們采用連續(xù)激光和脈沖激光對LDM生產(chǎn)的TiAl合金試樣進(jìn)行表面拋光，研究了兩種拋光工藝在表面形貌、顯微組織、耐蝕性、顯微硬度和耐磨性等方面的差異。 激光參數(shù)如下表所示：

圖1、2分別為連續(xù)激光和脈沖激光拋光TiAl的表面粗糙度圖。

圖1 連續(xù)激光拋光TiAl的表面粗糙度圖

圖2 脈沖激光拋光TiAl的表面粗糙度圖

經(jīng)過拋光，TiAl制件表面的粗糙度顯著降低，連續(xù)激光拋光能夠?qū)⒃��?6.06μm的粗糙度降到1.76μm。從圖2可以看出，脈沖激光拋光也能夠降低表面粗糙度，但是由于脈沖激光的能量密度較低，形成的熔池也較淺，試樣表面的冷卻速度比內(nèi)部快，導(dǎo)致表面出現(xiàn)裂紋。

圖3 TiAl合金拋光前后的顯微硬度分布圖

從圖中可以看到，連續(xù)激光拋光后硬度有了明顯提高，硬度從初始364.3HV提升到了388.6HV，提升了8%左右。這是由于連續(xù)激光拋光后，拋光表面形成了α2-Ti3Al，α2-Ti3Al為密排六方結(jié)構(gòu)，而γTiAl為面心立方結(jié)構(gòu)，所以硬度提升了。而脈沖激光拋光后試樣表面存在裂紋，且再熔層深度較小，所以式樣的顯微硬度沒有增加特別明顯。 除了硬度外，文章中還對拋光后的耐磨性和耐蝕性進(jìn)行了測試，發(fā)現(xiàn)連續(xù)激光拋光后這些性能都有了較大的提高，而脈沖激光由于裂紋的存在，性能反而下降。本文對LDM成型的TiAl制件進(jìn)行了連續(xù)激光拋光和脈沖激光拋光的對比研究和測試，為增材制造件的激光拋光方式選擇提供了參考。

參考文獻(xiàn)：
[1]XU Z, OUYANG W, LIU Y, et al. Effects of laser polishing on surface morphology and mechanical properties of additive manufactured TiAl components [J]. Journal of Manufacturing Processes, 2021, 65: 51-9.