華盛頓州立大學Appl. Sci.：在合金表面，激光法沉積Zr

【引言】

在具有低水平氧的受控惰性環境中，進行激光制造技術。這種環境控制，可以防止任何有害氧化和火災危險。因此，增材制造技術，可以簡化鋯材料的加工，使加工更安全和更經濟。激光工程凈成形（LENS^TM）是一種直接能量沉積的增材制造技術，制備近凈成型部件、組成分級零件、結構分級部件、制造表面涂層和修復現有部件。因此，使用LENS^TM增材制造技術，可以對于鋯的高工程材料的制造開辟新的機會，例如：制造散裝零件、組成分級零件和涂層，可以節省結構的成本和重量。本文采用LENS^TM技術，用于Ti6Al4V合金基底上，制備鋯金屬涂層。

【成果簡介】

近日，美國華盛頓州立大學的Amit Bandyopadhyay（通訊）作者等人，在Ti6Al4V合金基底上，采用激光將金屬粉末Zr以涂層的形式加工。采用掃描電子顯微鏡（SEM）、能量色散譜（EDS）和X射線衍射（XRD）來相分析這些涂層。同時，采用Zr金屬粉末的LENS^TM制造散裝部件，并測量部件精度。相關成果以“Laser-Based Additive Manufacturing of Zirconium”為題發表在Applied Sciences上。

【圖文導讀】

圖 1 Ti6Al4V（Ti64）合金上，LENS^TM沉積的Zr表征

（a）涂層的SEM圖像；

（b）涂層第1區的SEM圖像；

（c）過渡到涂層的第2區的SEM圖像。

圖 2 Ti64合金上，一次激光LENS^TM沉積的Zr的表征

?

（a）涂層的SEM圖像；

（b）涂層區域1的最上部區域的SEM圖像；

（c）涂層中的嵌入顆粒的SEM圖像；

（d）嵌入相及周圍相的SEM圖像。

圖 3 LENS^TM沉積Zr的區域1第二相和等軸Zr晶粒的表征

（a）沒有激光通過的SEM圖像；

（b）沉積后用一次激光通過的SEM圖像。

圖 4 不同條件下，Zr的XRD分析

（a）原料Zr粉末的XRD圖譜；

（b）LENS^TM處理的Zr的XRD圖譜；

（c）一次激光通過LENS^TM處理的Zr的XRD圖譜。

圖 5 在Ti6Al4V合金上，沿LENS?處理的Zr界面的元素分布圖

?

圖 6 合金中顆粒的SEM圖像及其元素分布

?

（a）嵌入顆粒的SEM圖像及元素分布圖；

（b）高放大倍數下，類似顆粒的SEM圖像及元素分布圖。

圖 7 在Ti64合金上，LENS?沉積的Zr的硬度與深度的關系

?

（a）沒有激光通過的硬度與深度的關系圖；

（b）一次激光通過的硬度與深度的關系圖。

圖 8 LENS?處理的Zr圓柱/管的實物圖

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【小結】

LENS^TM是一種粉末添加劑制造技術，課用于鋯金屬的加工。將鋯金屬粉末沉積在Ti6Al4V合金基底上。之后，對樣品進行激光掃描，引起涂層的重熔和固化。采用的原料粉末是完全的α-Zr相。在LENS^TM處理后，α和β相都存在。研究發現，沉積層的激光掃描增加了相的取向；等軸晶粒激光掃描后，晶粒尺寸沒有變化；激光掃描后，沉積的Zr層的硬度由268 HV 0.1增加到320 HV 0.1。另外，本文還建立了散裝管結構，證明LENS^TM可以制備了大部分Zr金屬。這與計算機輔助設計文件的零件尺寸相比，測量到~6％的徑向膨脹。

文獻鏈接：Laser-Based Additive Manufacturing of Zirconium（Appl. Sci., 2018, DOI: 10.3390/app8030393）。

本文由材料人金屬編輯部張金洋編譯整理。

Applied Sciences-Basel (ISSN 2076-3417; IF: 1.689; 9; http://www.mdpi.com/journal/applsci) 作為開 作為開放獲取型國際期刊，發表應用科學類相關論文。Applied Sciences-Basel采取單盲同行評審，一審周期19天，文章從接收到發表僅需6.6天。

本文系材料人與MDPI聯合推出的MDPI專欄第三篇。

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