【摘 要】
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金属激光增材制造技术是以快速成形原理为指导,通过采用激光逐层熔化金属粉末或丝材堆积成形的加工方式,从而直接制造出任意复杂形状零件的一种先进制造技术。目前受到了全世界范围的密切关注,是先进制造领域的前沿方向之一,在设备制造,工艺调控和材料研发等方面均取得了突破性进展。其中材料研发作为基础研究起着至关重要的作用,但目前还比较薄弱,专用的打印材料问题仍然是迫切需要解决的问题,专用打印材料的种类还比较匮乏
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金属激光增材制造技术是以快速成形原理为指导,通过采用激光逐层熔化金属粉末或丝材堆积成形的加工方式,从而直接制造出任意复杂形状零件的一种先进制造技术。目前受到了全世界范围的密切关注,是先进制造领域的前沿方向之一,在设备制造,工艺调控和材料研发等方面均取得了突破性进展。其中材料研发作为基础研究起着至关重要的作用,但目前还比较薄弱,专用的打印材料问题仍然是迫切需要解决的问题,专用打印材料的种类还比较匮乏,它们主要还是传统合金类型,而传统合金的开发初衷并没有很好的考虑激光增材制造所特有的特点,在激光增材制造复杂的物理冶金过程中极易产生冶金缺陷,对成形件的性能造成严重影响。因此研制符合激光增材制造特点的合金,成为了该种先进制造技术发展的重要环节。本论文在具有好的成形性和高的熔体稳定性等特点的Ti-Zr直熔点合金的基础上,以对β-Ti具有稳定作用的β-Ti同晶型稳定元素Mo作为合金化元素,以团簇加连接原子模型为设计准则,进行了Ti-Zr-Mo合金体系的设计,并在纯钛板上采用同轴送粉的加工方式制备出合金成形体。采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜等材料测试分析技术系统的研究了合金成形体的物相及显微组织与Mo含量的演变关系,采用Zygo表面轮廓仪、硬度计、摩擦磨损试验机等仪器,对合金的力学性能、成形性、耐蚀性以及摩擦磨损性能与不同Mo含量之间的变化关系进行了测试分析。针对所设计的Ti-Zr-Mo合金体系的研究结果表明,以激光增材制造加工方式制备的Ti-Zr-Mo合金成形体,它的五种成分均由单相的β-Ti固溶体组成,但由于加入Mo元素使其晶格发生畸变,使得随着Mo含量的增加,固溶体的晶格常数呈递减的变化趋势。而合金成形体的显微组织均是由底部界面结合区的柱状晶组织和其他层区的近等轴晶组织组成,并且随着Mo含量的增加晶粒有所细化,底部第一层外的其他层区并未出现明显的择优生长取向。同时在合金液固相区和合金熔体铺展性的共同作用下,随着Mo含量的增加,合金成形体的表面粗糙度有所增大,但单道熔覆层的宽高比则逐渐变小,合金成形体的孔隙率因受液固相区和对流强度的影响也有所增加,但仍然均具有较好的成形性。此外,随着Mo含量的增加,合金成形体的硬度及强度与干摩擦条件下的摩擦磨损性能在细晶强化和固溶强化的影响下均有所改善,但其塑性略有下降,其耐蚀性在1mol/L Hcl溶液中也逐渐变好。
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