先進(jìn)材料的激光定向能量沉積（2）

來(lái)源：長(zhǎng)三角G60激光聯(lián)盟

導(dǎo)讀：本綜述重點(diǎn)介紹了通過(guò)微分方程的材料設(shè)計(jì)，包括對(duì)各種單片和多材料成分的調(diào)查。本文為第二部分。


2.4 鈦合金
鈦（Ti）合金因其高比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐腐蝕性、高斷裂韌性、優(yōu)異的抗疲勞性、在高溫（高達(dá)450°C）下的良好機(jī)械性能、低熱膨脹系數(shù)（CTE），在航空航天、汽車、海軍和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中具有重要意義。然而，鈦及其合金的機(jī)械加工性能較差，導(dǎo)熱系數(shù)較低，由于其楊氏模量較低，屈服強(qiáng)度較高，因此比其他合金更難進(jìn)行冷加工。此外，鈦合金的機(jī)械加工性能較差，對(duì)氧的親和力很高；自然，鈦合金通過(guò)傳統(tǒng)技術(shù)制造具有挑戰(zhàn)性。因此，鈦基合金的AM得到了廣泛的研究和實(shí)施，生產(chǎn)出復(fù)雜、復(fù)雜的幾何形狀和高精度的小尺寸，這在鑄造或銑削中是不可能的。

鍛造（a，b）和EBM（c，d）樣品中總氫強(qiáng)度（a，c）和氫化鈦強(qiáng)度（b，d）的ToF-SIMS圖像映射。（a，b）顯示整個(gè)橫截面，而（c，d）顯示橫截面的上側(cè)。較亮的區(qū)域表示氫的信號(hào)（濃度）較高。

對(duì)于Ti6Al4V的AM，據(jù)報(bào)道，在魏氏組織中排列的細(xì)針狀馬氏體α相（即α’）提供了高抗拉強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，同時(shí)兼顧了延性降低。因此，為了提高沉積零件的延展性，需要進(jìn)行后處理熱處理。根據(jù)不同的微觀結(jié)構(gòu)，報(bào)告并解釋了DED-LB、PBF-EB、鑄造和鍛造Ti6Al4V合金的力學(xué)性能之間的一些比較。與鍛造合金相比，經(jīng)DED LB處理的合金的較短疲勞壽命與微觀結(jié)構(gòu)和孔隙率有關(guān)。建議優(yōu)化DED-LB工藝參數(shù)，以減少缺陷并提高力學(xué)性能。

高激光功率被用于DED LB工藝Ti6Al4V，導(dǎo)致較低的延展性、相當(dāng)?shù)目估瓘?qiáng)度和斷裂韌性，PBF EB處理合金的疲勞裂紋擴(kuò)展（FCG）閾值相似。更高的激光功率導(dǎo)致了在DED-LB過(guò)程中具有更高FCG閾值的合金。與球磨退火合金相比，經(jīng)二次彎曲處理的Ti6Al4V合金表現(xiàn)出改善的低周疲勞（LCF）性能、降低的高周疲勞（HCF）、降低的FCG閾值和優(yōu)越的斷裂韌性。這些差異歸因于在DED-LB合金中獲得的獨(dú)特層狀微觀結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，α相形態(tài)控制著DED-LB合金的FCG閾值。這歸因于這樣一個(gè)事實(shí)，即利用高激光功率會(huì)導(dǎo)致較粗的α形態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致FCG閾值增加，中間區(qū)域FCG率較低。與鍛造合金相比，多孔性被認(rèn)為是導(dǎo)致DED LB處理的Ti6Al4V合金疲勞壽命降低的原因。

一些其他鈦合金的示例如圖7所示。Byun等人研究了在預(yù)合金Ti6Al4V中添加Cr和Fe對(duì)微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，隨著Fe和Cr濃度的增加，原有β晶粒和馬氏體晶粒細(xì)化，晶粒形態(tài)從柱狀變?yōu)榈容S。鐵和鉻濃度的增加也提高了強(qiáng)度、硬度，并降低了延展性。Dargusch等人研究了近βTi25Nb3Zr3Mo2Sn合金的微觀結(jié)構(gòu)、腐蝕和生物相容性。結(jié)果表明，所得微觀結(jié)構(gòu)由91%β和9%α的混合物組成。α相的形核可以通過(guò)沉積過(guò)程中的重復(fù)加熱循環(huán)來(lái)解釋，這導(dǎo)致凝固過(guò)程中的熱量提取減少。與市售純（CP）Ti相比，DED-LB近β合金的耐蝕性降低，這主要受合金元素添加、應(yīng)用的制造工藝、產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)變化和天然氧化層質(zhì)量的影響。還研究了DED-LB Ti6.5Al2Zr1Mo1V的微觀結(jié)構(gòu)。沉積態(tài)材料的宏觀結(jié)構(gòu)由大的柱狀β晶粒組成，這些晶粒沿構(gòu)建方向跨多層生長(zhǎng)。網(wǎng)狀組織明顯，β相基體中有棒狀α相（體積分?jǐn)?shù)為76.0±3.6%）。沉積態(tài)材料的熱膨脹是不可逆和各向異性的。在960°C下退火1小時(shí)后，觀察到α相的增加以及x和y橫向的膨脹，而在沉積z方向觀察到收縮。

圖7 DED沉積的鈦基合金。（a） DED-LB Ti6.5Al3.5Mo1.5Zr0.3Si合金的微觀結(jié)構(gòu)演變。（b） 研究了沉積態(tài)Ti6.5Al3.5Mo1.5Zr0.3Si合金微觀結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞和裂紋擴(kuò)展特性的影響。（c）在DED-LB Ti15Mo中通過(guò)衛(wèi)星成核的機(jī)制。

圖7a顯示了DED-LB雙峰Ti6.5Al3.5Mo1.5Zr0.3Si合金的微觀結(jié)構(gòu)演變機(jī)制和混合等軸和柱狀晶粒形態(tài)的特征。報(bào)告了這種α+β合金的DED-LB工藝參數(shù)、微觀結(jié)構(gòu)和疲勞性能之間的關(guān)系。沉積過(guò)程導(dǎo)致大柱狀和等軸晶粒交替分布的混合晶粒形態(tài)。由于熱影響帶（HAB），觀察到疲勞裂紋擴(kuò)展速率的周期性波動(dòng)，見圖7b。裂紋擴(kuò)展速率在HAB處減速，在通過(guò)HAB后立即加速，然后再次下降。減速和加速的建議機(jī)制基于HAB及其相鄰區(qū)域中斷裂特征的差異以及兩個(gè)相鄰HAB之間微觀結(jié)構(gòu)的變化。

2.5鋁合金

傳統(tǒng)加工的鋁及其合金在工業(yè)上僅次于鋼，因?yàn)槠涿芏鹊�、比�?qiáng)度高、延展性高、在零下溫度下的韌性高、耐腐蝕性高、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性高、反射率高、加工性好、可回收性好和成本效益高。它們?cè)诟鞣N應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用，包括飛機(jī)機(jī)身、機(jī)翼、機(jī)翼、鍛造發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、燃料電池、機(jī)身、衛(wèi)星和汽車零件、建筑、炊具等。

將鋁合金的良好特性與自動(dòng)制造中的零件設(shè)計(jì)自由相結(jié)合，引起了人們對(duì)鋁合金自動(dòng)制造的極大興趣。不過(guò)，由于高表面反射率和導(dǎo)熱性以及與AM相關(guān)的高冷卻速率，大多數(shù)鋁合金的激光AM提出了一些重大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致鋁合金中形成孔隙和熱裂紋。鋁固有的高表面反射率要求應(yīng)用更高的激光功率，以允許足夠的能量吸收，并促進(jìn)沉積鋁粉的完全熔化。由于低沸點(diǎn)合金元素的蒸發(fā)，這種增加的激光功率可能導(dǎo)致沉積合金中出現(xiàn)氣孔。Svetlizky等人利用DED-LB沉積預(yù)合金氣體霧化Al 5083粉末，并表征了沉積合金的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能。5xxx系列基于鋁-鎂，不可時(shí)效硬化。它結(jié)合了中高強(qiáng)度、良好的焊接性和在海軍環(huán)境中的良好耐腐蝕性。Svetlizky等人報(bào)告，由于元素蒸發(fā)，鎂濃度降低了35%。在退火（O）條件下，將沉積態(tài)合金的化學(xué)成分和機(jī)械性能與鍛造Al 5754進(jìn)行比較，最大相對(duì)密度為99.26%（圖8a）。

圖8 （a）顯示Mg和Zn選擇性元素蒸發(fā)的DED-LB高密度（大于99%）Al5xxx合金，機(jī)械性能與鍛造Al 5754-O相當(dāng)。（b）基底主動(dòng)冷卻（空氣和水）對(duì)AlMgScZr合金微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響。（c）使用田口方法優(yōu)化DED-LB AlSi10Mg合金的工藝參數(shù)。

Wang等人研究了在DED-LB過(guò)程中用Sc和Zr合金化AlMg合金以及在325°C下時(shí)效4小時(shí)對(duì)Al3（Sc，Zr）沉淀機(jī)制和由此產(chǎn)生的機(jī)械性能的影響。沉積的AlMgScZr合金的微觀結(jié)構(gòu)受空氣和水冷卻過(guò)程中不同的熱歷史和冷卻速率控制。在空氣冷卻和水冷卻時(shí)，分別報(bào)告了同質(zhì)等軸晶粒和異質(zhì)晶粒結(jié)構(gòu)。與風(fēng)冷合金相比，水冷樣品在時(shí)效后的屈服強(qiáng)度增加了兩倍。這種增加是由于水冷合金中Al3（Sc，Zr）相的嚴(yán)重沉淀。析出第二相的增加也影響顯微硬度。結(jié)果表明，水冷合金的較高顯微硬度和析出相的加入增加了時(shí)效熱處理的效果（圖8b）。

在處理基于激光的鋁沉積時(shí)，殘余應(yīng)力也是一個(gè)挑戰(zhàn)。鋁的高熱膨脹系數(shù)使其在固有重復(fù)熱循環(huán)期間極易收縮、裂紋形成和可能的材料變形。由于密度低，鋁的粉末流動(dòng)性較差，影響了吹塑粉末質(zhì)量流量（PMFR）的穩(wěn)定性，從而影響了沉積物的質(zhì)量。鋁的高吸濕性和表面氧化是阻礙鋁合金良好激光沉積的額外特性[。由于上述挑戰(zhàn)，僅使用電沉積方法沉積了有限的鋁合金成分，主要集中在AlSi和AlSi10Mg合金。這是由于其獨(dú)特的性能，例如出色的激光吸收、高耐腐蝕性、良好的焊接性以及良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)機(jī)械性能。他們廣泛研究的另一個(gè)原因是硅含量高。硅的加入增強(qiáng)了熔池的潤(rùn)濕性，降低了熔化溫度，降低了凝固過(guò)程中的收縮和開裂敏感性，并提高了耐蝕性。據(jù)報(bào)道，微結(jié)構(gòu)形貌隨與基板的垂直沉積距離而變化。結(jié)果表明，沉積態(tài)鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)由沿構(gòu)建方向的三種不同形態(tài)組成（圖8c），從靠近基板的細(xì)胞狀轉(zhuǎn)變?yōu)橹行牡闹鶢顦渲�狀，最后在頂部邊緣附近等軸。這一現(xiàn)象歸因于隨著建筑高度的增加，冷卻速率下降。

工藝氣孔形成機(jī)理。

一些研究調(diào)查了主要工藝參數(shù)對(duì)DED-AlSi10Mg合金微觀結(jié)構(gòu)和性能的影響。Gao等人證明了激光掃描速度對(duì)AlSi10Mg的孔形成、微觀結(jié)構(gòu)演變和顯微硬度的重要性。結(jié)果表明，在相似的工藝參數(shù)下，激光掃描速度的增加導(dǎo)致沉積密度增加、微觀組織細(xì)化、顯微硬度和拉伸性能增加。這一結(jié)論與其他關(guān)于AlSi10Mg合金電火花放電的研究一致。

與AlSi和AlSi10Mg合金相比，Al 7xxx系列具有優(yōu)異的機(jī)械性能。不過(guò)Al 7xxx系列的AM仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。選擇性蒸發(fā)低沸點(diǎn)元素，如鋅、銅和鎂，這些合金中的主要合金元素，可能會(huì)導(dǎo)致氣孔，從而降低沉積合金的機(jī)械性能。Singh等人評(píng)估了al 7050的DED-LB電位。結(jié)果表明，沉積后，Mg和Zn顯著減少，導(dǎo)致沉積合金中出現(xiàn)孔隙和LoF。為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，Singh等人使用了一種表面改性的al 7050預(yù)合金粉末，該粉末涂有鎳，以提高激光加工過(guò)程中的激光能量吸收率，從而降低所施加的激光能量。雖然發(fā)現(xiàn)鎳改性的Al 7050粉末有助于降低孔隙率，但由于鎳偏析到枝晶間邊界并形成脆性Al3Ni金屬間相，仍觀察到機(jī)械性能下降。

重熔區(qū)的SEM照片。

據(jù)報(bào)道，由于熔池的快速凝固，DED-LB Al4047的微觀結(jié)構(gòu)由等軸和柱狀枝晶組成。Eliaz等人建議應(yīng)用高激光功率（高于380 W）作為一種手段，以避免外層沉積層中的LoF或開裂，這決定了沉積零件的表面粗糙度。

內(nèi)部有（a）和沒(méi)有（b）夾雜物的孔隙的SEM照片（左）和EDS圖像（右）。

2.6鎳基合金

鎳基合金通常加工為鍛造、鑄造（多晶、定向凝固或單晶）或粉末冶金（P/M）合金。它們結(jié)合了高溫下優(yōu)異的拉伸和蠕變強(qiáng)度、高抗水腐蝕性、高溫抗氧化性、高硬度和韌性、低熱膨脹系數(shù)、低溫下的高強(qiáng)度和延展性，以及合金元素的優(yōu)異溶解能力、良好的焊接性和成形性。上述性能使鎳基高溫合金適用于噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)、航天、石化、能量轉(zhuǎn)換和低溫應(yīng)用。然而，鎳基合金的機(jī)械加工性能較差。它們的加工可能會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和各種類型的缺陷，這可能會(huì)在零件的使用壽命期間導(dǎo)致災(zāi)難性故障。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，AM可以作為鎳基合金傳統(tǒng)制造工藝的潛在替代品。此外，AM零件固有的設(shè)計(jì)靈活性可能在創(chuàng)新渦輪機(jī)設(shè)計(jì)中發(fā)揮有益作用，通過(guò)合并內(nèi)部冷卻微通道來(lái)改善傳熱，從而提高性能。

許多研究小組研究了應(yīng)用電沉積工藝參數(shù)對(duì)沉積態(tài)鉻鎳鐵合金718的影響。Zhong等人研究了加工參數(shù)（如激光功率、激光掃描速度和PMFR）對(duì)高沉積速率（即高于0.3 kg/h）下單軌沉積的幾何特征、孔隙率和粉末捕捉效率的影響。觀察到沉積路徑和激光功率對(duì)沉積態(tài)Inconel 718的微觀結(jié)構(gòu)和織構(gòu)有很大影響（圖9a）]。隨著沉積過(guò)程中掃描路徑和施加的激光能量順序的改變，枝晶生長(zhǎng)形態(tài)和結(jié)晶取向的變化歸因于沿熔池的垂直和水平熱通量的影響。激光功率的增加導(dǎo)致細(xì)長(zhǎng)、排列的柱狀晶粒結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致外延晶粒生長(zhǎng)。這種現(xiàn)象可以解釋為激光功率的增加影響了熱梯度和熔池，從而導(dǎo)致幾乎垂直的熱通量�；�于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，Liu等人報(bào)告了隨著單壁沉積層高度的增加，非線性熔池溫度分布。此外，還研究了激光功率和掃描速度對(duì)熔池溫度分布的影響。

圖9d顯示了熱處理（直接時(shí)效、均勻化、固溶處理或兩者的組合）對(duì)DED-LB鉻鎳鐵合金718拉伸性能和斷裂韌性的影響。與沉積態(tài)或鍛造合金相比，均勻化+固溶處理+時(shí)效產(chǎn)生了最有利的拉伸和斷裂韌性性能組合（見圖9d）。Li等人研究了高沉積速率（2.2 kg/h）下沉積態(tài)Inconel 718 DED-LB的微觀結(jié)構(gòu)演變和力學(xué)性能。結(jié)果表明，在這些條件下涉及到獨(dú)特的熱歷史。這種熱歷史影響了δ、γ′和γ“相沿構(gòu)建方向的微觀結(jié)構(gòu)演變和沉淀。雖然γ′相和γ”相在底部和中間區(qū)域沉淀，但在頂部區(qū)域沉淀所需的溫度范圍內(nèi)保持時(shí)間短是不夠的。因此，與底部和中間區(qū)域相比，頂部區(qū)域的抗拉強(qiáng)度和顯微硬度較差，這證實(shí)了對(duì)DED-LB鉻鎳鐵合金718進(jìn)行后處理熱處理的必要性（圖9c）。

圖9 （a）應(yīng)用沉積策略（增加激光功率時(shí)的單向、雙向和雙向）對(duì)沉積態(tài)Inconel 718合金晶粒形態(tài)和織構(gòu)的影響。（b）室溫和高溫（650°C）下鍛造和沉積態(tài)Inconel 718合金疲勞性能的比較。（c） Inconel 718合金的高沉積速率（2.2 kg/h）和熱歷史對(duì)沉淀強(qiáng)化和沿構(gòu)建方向拉伸性能的影響。（d）不同熱處理對(duì)DED-LB鉻鎳鐵合金718力學(xué)性能的影響。

對(duì)電沉積鎳基合金的研究不僅限于Inconel 718。還研究了工藝參數(shù)對(duì)Inconel 625鍍層質(zhì)量和孔隙率的影響。報(bào)道了顯微硬度隨涂層與基體距離的變化。這主要?dú)w因于熔池冷卻速率的變化和沉積層之間的熱歷史。結(jié)果表明，通過(guò)控制沉積過(guò)程中的冷卻速率，可以實(shí)現(xiàn)沉積材料沿線的均勻硬度。

2.7 鈷基合金

鈷基合金具有高硬度、優(yōu)異的耐磨性、生物相容性和良好的耐腐蝕性，但機(jī)械加工性、鑄造性和鍛造性較差。鈷基合金在要求高抗熱腐蝕和熱疲勞（由于其熱膨脹系數(shù)較低）的使用條件下優(yōu)于鎳基合金。然而，與鎳基合金不同，鈷基合金通常不會(huì)被共格沉淀強(qiáng)化。最終零件需要復(fù)雜的幾何形狀和復(fù)雜的模具準(zhǔn)備。這使得AM成為制造需要大量設(shè)計(jì)靈活性和最小后處理的基于Co的零件的潛在有吸引力的替代品。鈷基合金的應(yīng)用包括噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、石化、石油和天然氣、承重膝蓋、牙科和其他植入物、磁性裝置等。

迄今為止，對(duì)鈷基合金的電火花放電進(jìn)行的研究相對(duì)有限，重點(diǎn)是CoCrMo和CoCrW合金。CoCrMo合金的性能由應(yīng)用的熱處理以及碳化物沉淀物的存在、大小和分布控制。采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（DOE）方法研究了熱處理和工藝參數(shù)對(duì)經(jīng)DED-LB處理的CoCrMo合金的影響。該小組已經(jīng)表明，時(shí)效時(shí)間對(duì)顯微硬度的影響最為顯著。DED-LB CoCrMo具有與沉積態(tài)變形合金相當(dāng)?shù)木鶆蝻@微硬度。

顯示Al6061基板上DED Al5083雙軌宏觀/微觀結(jié)構(gòu)的顯微照片。（a）光立體顯微鏡俯視圖。（b）化學(xué)蝕刻后的橫截面OM圖像。藍(lán)色和綠色矩形分別對(duì)應(yīng)于（c）和（d）中所示的放大圖像。（c） OM放大（b）中藍(lán)色矩形區(qū)域的圖像。（d） OM放大（b）中綠色矩形區(qū)域的圖像。（e） OM和（f）縱向橫截面的SEM圖像。

Ram等人報(bào)告稱，與鍛造CoCrMo合金相比，沉積態(tài)CoCrMo合金的耐磨性降低。這主要是由于不規(guī)則、連續(xù)互連的碳化物形態(tài)，與沉淀碳化物形狀規(guī)則且均勻分布在鈷基體中的最佳情況相比，其提供的磨損防護(hù)降低。Suresh等人研究了主要工藝參數(shù)對(duì)DED-LB沉積的CoCrW微觀結(jié)構(gòu)和磨損性能的影響。結(jié)果表明，碳化物主要沿枝晶晶界析出，具有兩種不同的形態(tài)和成分——層狀（富鈷）和顆粒（富鉻）。對(duì)沉積態(tài)CoCrW合金的磨損分析表明，其結(jié)果與鍛造合金相當(dāng)。還研究了不同熱處理?xiàng)l件對(duì)DED-LB CoCrW合金微觀結(jié)構(gòu)和顯微硬度的影響。顯微硬度與碳化物在鈷基體中的分?jǐn)?shù)、形態(tài)和分布的變化高度相關(guān)，這與比熱處理有關(guān)。

2.8金屬間化合物

金屬間化合物，特別是鐵、鈦或鎳鋁化物等金屬鋁化物，結(jié)合了高熔點(diǎn)、高溫高強(qiáng)度、低密度和良好的抗氧化性。傳統(tǒng)上，金屬間化合物通過(guò)鑄造、粉末冶金或熱擠壓進(jìn)行加工。然而，這些制造工藝成本高昂，可能會(huì)產(chǎn)生高收縮率和粗糙微觀結(jié)構(gòu)的脆性零件，不允許進(jìn)行冷加工或減法加工等后處理，因此限制了其應(yīng)用。最近的研究表明，電火花沉積有可能用于制造高質(zhì)量的金屬間化合物，特別是鐵鋁化物。Karczewski等人研究了由含16 wt%鋁的FeAl制成的退火（400°C下10 h）薄壁零件的微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，并通過(guò)DED-LB制造。壁厚的變化直接影響熔體池的表觀冷卻速率，從而在沉積態(tài)材料中形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。盡管冷卻速率很高，但微觀結(jié)構(gòu)的特征是沿構(gòu)建方向具有數(shù)百微米量級(jí)的細(xì)長(zhǎng)柱狀晶粒。這一結(jié)果與鐵（28%）鋁的DED-LB的其他研究一致。

2.9形狀記憶合金

SMAs是經(jīng)過(guò)固-固相變的金屬材料，由適當(dāng)?shù)臏囟然驊?yīng)力變化引起，在此期間，它們可以恢復(fù)永久應(yīng)變。這些合金包括NiTi、NiTiCu和CuAlNi等。SMA受益于形狀記憶效應(yīng)（SME）、超彈性、高強(qiáng)度、高抗疲勞性和良好阻尼性能的組合。SMA的獨(dú)特特性所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)（普通金屬無(wú)法顯示）已在許多應(yīng)用中得到應(yīng)用，如醫(yī)療設(shè)備（如心血管、牙科和矯形設(shè)備以及外科工具）、航空航天、汽車、建筑、機(jī)器人、電信、光學(xué)、減振器、釋放或展開機(jī)構(gòu)等. 迄今為止，NiTi（鎳鈦諾）在接近Ni/Ti等原子比的情況下，由于其獨(dú)特的功能特性組合，被認(rèn)為是最常用的形狀記憶合金，這使其能夠通過(guò)熱活化或卸載來(lái)恢復(fù)相對(duì)較大的應(yīng)變（高達(dá)8%）。

Wang等人使用等原子比的Ni和Ti粉末元素混合物和三種不同的AM技術(shù)進(jìn)行了對(duì)比研究：DED、PBF-LB和PBF-EB。得出的結(jié)論是，使用元素Ni和Ti粉末通過(guò)PBF-LB和PBF-EB形成的近凈形狀NiTi合金的印刷適性是不可持續(xù)的，因?yàn)殒嚭蚑i成分之間存在強(qiáng)烈的放熱反應(yīng)，導(dǎo)致微觀結(jié)構(gòu)不均勻性、小孔和LoF缺陷。然而，DED-LB成功沉積了致密的NiTi樣品，相鄰沉積層之間具有良好的融合和適當(dāng)?shù)南嘧儯▓D10a）。凝固過(guò)程中形成大量不需要的Ti2Ni脆性金屬間化合物相（圖10a），觀察到Ni蒸發(fā)改變了最終合金的化學(xué)成分。

Baran和Polanski支持應(yīng)用能量密度對(duì)沉積態(tài)NiTi微觀結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變溫度的重要性。在該研究中，通過(guò)改變激光掃描速度（1至30mm/s）來(lái)改變施加的能量密度。激光掃描速度顯著影響沉積態(tài)NiTi的微觀結(jié)構(gòu)和不想要的第二相的形成。在較低的掃描速率下，晶粒結(jié)構(gòu)從柱狀轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S。然而，就激光掃描速度和轉(zhuǎn)變溫度的影響而言，在較低的掃描速率下未觀察到明顯的趨勢(shì)。相反，在較高的激光掃描速率下，相變溫度的特征是恒定值，而與掃描速率的增加無(wú)關(guān)（圖10b）。

圖10 （a）沉積態(tài)NiTi顯示了相鄰熔合邊界、典型微觀結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的能量色散X射線光譜（EDS）圖。（b）應(yīng)用激光掃描速度對(duì)600°C退火工藝后的DED-LB NiTi微觀結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)變溫度的影響。（c）應(yīng)用熱處理對(duì)DED-LB NiTi微觀結(jié)構(gòu)和壓縮應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)的影響。（d） DED-LB NiTi的單循環(huán)和多循環(huán)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變-溫度曲線。

據(jù)報(bào)道，后處理熱處理是控制DED NiTi微觀結(jié)構(gòu)、相變特性、功能和機(jī)械性能的另一種手段。據(jù)報(bào)道，不需要的第二相（如NiTi2和Ni3Ti）的存在改變了沉積態(tài)NiTi合金的化學(xué)成分，抑制了SME[348]。因此，通常在800至1050°C范圍內(nèi)進(jìn)行固溶熱處理，以提高顯微組織均勻性，減少沉積態(tài)NiTi中的殘余應(yīng)力和顯微組織缺陷[336348352579]。隨后在較低溫度（300–700℃）下進(jìn)行時(shí)效熱處理，通過(guò)在NiTi基體中形成均勻的富鎳沉淀（Ni4Ti3和Ni3Ti）來(lái)提高機(jī)械性能。

來(lái)源：Laser-based directed energy deposition (DED-LB) of advanced materials, Materials Science and Engineering: A, doi.org/10.1016/j.msea.2022.142967

參考文獻(xiàn)：Additive manufacturing technologies: an overview about 3D printing methods and future prospects, Complexity, 2019 (2019), pp. 1-30, 10.1155/2019/9656938