新技術(shù)可高效愈合激光增材制造鎳基高溫合金裂紋

來源：科學網(wǎng)

根據(jù)中國科學報的報道，近日,，南方科技大學機械與能源工程系講席教授朱強團隊在《材料學報》發(fā)表最新研究成果,。研究團隊提出了一種液相誘導愈合（Liquid-induced healing, LIH）激光增材制造裂紋的新工藝,，通過控制晶界微量重熔以引入晶間液膜回填缺陷,，進而實現(xiàn)在微尺度上將構(gòu)件中的裂紋“焊合”。該研究成果對于突破激光增材制造高裂紋敏感性合金這一行業(yè)難題具有重要意義,。

▲ 論文圖形摘要

激光增材制造是解決個性化,、復雜化金屬構(gòu)件整體成形的革命性技術(shù)，具有巨大的應用前景。然而,，現(xiàn)有的數(shù)百種常用工程合金中僅有十余種可以穩(wěn)定實現(xiàn)無裂紋打印,，遠不能滿足替代傳統(tǒng)工藝的需求。

相比于鑄造,、焊接等工藝,，激光增材制造技術(shù)具有微區(qū)超常冶金和快速凝固的本征屬性而更容易引起開裂。現(xiàn)有應對激光增材制造裂紋的處理方式有兩種,，一是打印過程中通過調(diào)控合金凝固區(qū)間,、晶粒形貌及構(gòu)件溫度梯度等方法抑制裂紋，然而,，對于不同合金體系的作用效果存在顯著差異,，工藝窗口窄且穩(wěn)定性較差，難以徹底消除裂紋,；二是采用熱等靜壓（HIP）后處理閉合裂紋,。然而HIP無法修復表面缺陷，需進一步加工去除表層材料,，這無疑弱化了增材制造技術(shù)成形復雜結(jié)構(gòu)的核心優(yōu)勢,。

此外，極高壓的工作條件使得HIP裝備復雜且成本極其高昂,，因此也僅適用于少部分高附加值的金屬增材制造構(gòu)件。

對此,，研究團隊基于引入晶間連續(xù)液膜將裂紋“焊合”的技術(shù)思路,，提出了液相誘導愈合（LIH）技術(shù)，并以典型高裂紋敏感性合金IN738LC為試驗合金,，驗證LIH技術(shù)的可行性與先進性,，研究結(jié)果表明，經(jīng)過LIH技術(shù)處理后,，合金力學性能的顯著提升,。在拉伸性能方面，LIH態(tài)高于鑄態(tài)和熱等靜壓態(tài),，而在高溫蠕變方面,，LIH態(tài)合金則表現(xiàn)出了與精密鑄造相當且遠高于熱等靜壓態(tài)的性能。

據(jù)介紹,，與當前最有保障的HIP技術(shù)相比,，LIH技術(shù)在缺陷消除效率、普適性,、便捷性及成本上均有顯著的優(yōu)勢,，一是突破其無法愈合表面缺陷的技術(shù)局限，因此可適用于復雜構(gòu)件的孔隙愈合處理而無需額外的機加工去除表面,；二是LIH所需壓力不到HIP工藝的1/20,，消除了高壓特種裝備的安全隱患,，簡化了裝備構(gòu)造和成本；三是無需保溫處理,，而HIP需在高溫保溫數(shù)小時,，因此提高工藝效率和降低能耗成本。