大連理工吳東江團隊增材頂刊：顆粒增強鈦合金方面取得重要進展！

來源：材料科學(xué)與工程

Ti6Al4V廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，但較低的硬度和耐磨性限制了其進一步發(fā)展。據(jù)報道，添加陶瓷顆粒，如SiC、TiB和TiC，可以有效提高Ti6Al4V基體的相應(yīng)性能。目前，定向能量沉積技術(shù)（DED）是制造TiCp增強Ti6Al4V的最佳方法之一。雖然通過熱處理可實現(xiàn)組織調(diào)控，但原位組織調(diào)控具有更高的靈活性和效率，更具優(yōu)勢。因此，本研究提出電感-激光復(fù)合直接能量沉積技術(shù)（FEMI-DED）來改善缺陷和原位組織，并對FEMI-DED機理進行深入揭示。

大連理工大學(xué)機械工程學(xué)院吳東江教授課題組，采用DED與FEMI-DED制備了10 wt.% TiCp增強Ti6Al4V，對比分析發(fā)現(xiàn)FEMI-DED可以改善TiCp增強Ti6Al4V的組織和力學(xué)性能。該工作以題目為“TiCp reinforced Ti6Al4V of Follow-up Synchronous Electromagnetic Induction-Laser Hybrid Directed Energy Deposition: Microstructure Evolution and Mechanical Properties”發(fā)表在《Additive manufacturing》。

論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2214860422004778

研究結(jié)果表明，與DED相比，由FEMI-DED制備的10wt.% TiCp增強Ti6Al4V中的枝晶狀TiC（DPT）數(shù)量減少，同時形成了大量的顆粒狀TiC。TEM顯示DPT與α-Ti基體之間的界面為半共格界面，并且存在[10] α- Ti // [1] TiC，(01) α- Ti // (1) TiC取向關(guān)系。

圖1為FEMI-DED制備的10wt.%TiCp增強Ti6Al4V中樹枝狀TiC和α-Ti之間的界面：（a）明場圖像；（b）TiC和（c）α-Ti的SAED；（d）界面處的HRTEM；（e）對應(yīng)的FFT衍射圖案；（f）對應(yīng)IFFT圖像。

FEMI-DED過程中，感應(yīng)電流使凝固區(qū)域的冷卻速率變小，這有利于溶質(zhì)的擴散和殘余應(yīng)力的釋放。熔池后部的溫度梯度G減小，生長速率R增加，使得成核傾向增大。另一方面，由于熔池中不均勻的交變電磁力產(chǎn)生的壓拉力和剪切力，以及溶質(zhì)驅(qū)動的重熔作用使得TiC發(fā)生破碎，從而對復(fù)材組織形態(tài)實現(xiàn)了有效的調(diào)控。

圖2（a）DED和FEMI-DED中位于1900K和2050K之間的區(qū)域節(jié)點處的溫度梯度G和生長速率R，以及（b）G和（c）R的統(tǒng)計結(jié)果

圖3 FEMI-DED中熔池凝固行為示意圖

圖4由DED和FEMI-DED制備的復(fù)合材料的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線