华盛顿州立大学Appl. Sci.：在合金表面，激光法沉积Zr

【引言】

在具有低水平氧的受控惰性环境中，进行激光制造技术。这种环境控制，可以防止任何有害氧化和火灾危险。因此，增材制造技术，可以简化锆材料的加工，使加工更安全和更经济。激光工程净成形（LENS^TM）是一种直接能量沉积的增材制造技术，制备近净成型部件、组成分级零件、结构分级部件、制造表面涂层和修复现有部件。因此，使用LENS^TM增材制造技术，可以对于锆的高工程材料的制造开辟新的机会，例如：制造散装零件、组成分级零件和涂层，可以节省结构的成本和重量。本文采用LENS^TM技术，用于Ti6Al4V合金基底上，制备锆金属涂层。

【成果简介】

近日，美国华盛顿州立大学的Amit Bandyopadhyay（通讯）作者等人，在Ti6Al4V合金基底上，采用激光将金属粉末Zr以涂层的形式加工。采用扫描电子显微镜（SEM）、能量色散谱（EDS）和X射线衍射（XRD）来相分析这些涂层。同时，采用Zr金属粉末的LENS^TM制造散装部件，并测量部件精度。相关成果以“Laser-Based Additive Manufacturing of Zirconium”为题发表在Applied Sciences上。

【图文导读】

图 1 Ti6Al4V（Ti64）合金上，LENS^TM沉积的Zr表征

（a）涂层的SEM图像；

（b）涂层第1区的SEM图像；

（c）过渡到涂层的第2区的SEM图像。

图 2 Ti64合金上，一次激光LENS^TM沉积的Zr的表征

（a）涂层的SEM图像；

（b）涂层区域1的最上部区域的SEM图像；

（c）涂层中的嵌入颗粒的SEM图像；

（d）嵌入相及周围相的SEM图像。

图 3 LENS^TM沉积Zr的区域1第二相和等轴Zr晶粒的表征

（a）没有激光通过的SEM图像；

（b）沉积后用一次激光通过的SEM图像。

图 4 不同条件下，Zr的XRD分析

（a）原料Zr粉末的XRD图谱；

（b）LENS^TM处理的Zr的XRD图谱；

（c）一次激光通过LENS^TM处理的Zr的XRD图谱。

图 5 在Ti6Al4V合金上，沿LENS™处理的Zr界面的元素分布图

图 6 合金中颗粒的SEM图像及其元素分布

（a）嵌入颗粒的SEM图像及元素分布图；

（b）高放大倍数下，类似颗粒的SEM图像及元素分布图。

图 7 在Ti64合金上，LENS™沉积的Zr的硬度与深度的关系

（a）没有激光通过的硬度与深度的关系图；

（b）一次激光通过的硬度与深度的关系图。

图 8 LENS™处理的Zr圆柱/管的实物图

【小结】

LENS^TM是一种粉末添加剂制造技术，课用于锆金属的加工。将锆金属粉末沉积在Ti6Al4V合金基底上。之后，对样品进行激光扫描，引起涂层的重熔和固化。采用的原料粉末是完全的α-Zr相。在LENS^TM处理后，α和β相都存在。研究发现，沉积层的激光扫描增加了相的取向；等轴晶粒激光扫描后，晶粒尺寸没有变化；激光扫描后，沉积的Zr层的硬度由268 HV 0.1增加到320 HV 0.1。另外，本文还建立了散装管结构，证明LENS^TM可以制备了大部分Zr金属。这与计算机辅助设计文件的零件尺寸相比，测量到~6％的径向膨胀。

文献链接：Laser-Based Additive Manufacturing of Zirconium（Appl. Sci., 2018, DOI: 10.3390/app8030393）。

本文由材料人金属编辑部张金洋编译整理。

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