適用于功能梯度材料的選區(qū)激光熔化與冷噴復合增材制造技術

供稿人:張曉宇 李滌塵

選區(qū)激光熔化技術是利用高能的激光熱源將金屬粉末熔化、逐層累加制造出近凈成形工件的過程，該技術具有加工精度高、性能好的特點，但選區(qū)激光熔化技術在制造不相容材料、不可焊材料以及高反射率材料（如鋁合金）時容易產生內部缺陷，影響性能。冷噴技術是通過拉瓦爾噴嘴將粉末加速至超音速后沉積成形的過程，由于該技術為冷加工過程，可實現對部分不可焊材料進行增材制造，但在加工高質強比、高硬度的材料（如TC4）時較難通過冷噴技術實現沉積。選區(qū)激光熔化與冷噴復合的增材制造技術，可適用于功能梯度材料的成形。

圖一 復合制造試樣示意圖

都柏林大學圣三一學院Shuo Yin等人利用選區(qū)激光熔化與冷噴復合增材制造技術，在選區(qū)激光熔化的鈦合金上冷噴鋁合金成功加工出功能梯度材料，并對其微觀結構進行了研究。這種復合的增材制造工藝有效地防止了不同材料連接處脆性相出現，成形出了含不可焊金屬成分的致密的、可機械加工的功能梯度材料。盡管通過該技術得到了致密的微觀結構，但仍具有一定缺陷。在采用激光選區(qū)熔化制造TC4時，由于未熔顆粒累積和表面粗糙度的影響，試樣中有較大的孔洞缺陷。而在冷噴過程中缺陷主要表現為粉末未完全塑性變形產生的較小孔洞。通過激光選區(qū)熔化制造的TC4試樣晶粒表現為針狀馬氏體組織，不同于粉末材料的α和β相，使得硬度有所提高。冷噴加工過程晶粒結構并沒有發(fā)生變化，但由于加工硬化效應試樣硬度相比粉末有較大提升。此外，斷口分析表明功能梯度材料具有較高的結合強度。

圖二 復合制造試樣內部缺陷圖

該研究展示了一種復合制造的方式，對成形試樣進行了組織力學分析，為今后面向功能梯度材料的增材制造方式提供了新的可能。

參考文獻：
Shuo Yin, Xingchen Yan, Chaoyue Chen, Richard Jenkins, Min Liu, Rocco Lupoi, Hybrid additive manufacturing of Al-Ti6Al4V functionally graded materials with selective laser melting and cold spraying, Journal of Materials Processing Technology,Volume 255,2018,Pages 650-655,ISSN 0924-0136,

供稿人:張曉宇 李滌塵 供稿單位：機械制造系統(tǒng)工程國家重點實驗室