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金屬材料在增材制造技術中的研究進展
編輯：南極熊，金屬材料支撐著整個制造業，開發金屬材料的增材制造技術是當今世界的一大重要課題，雖然已有很多研究人員在此方面做了工作，但無論從數量上還是質量上都還遠遠不夠，產業化的則更是少之又少，從科研角度來說。
單單研究試樣材料的性能就要涉及粉末冶金、成形過程和，金屬材料本身的價值不菲，研究的成本著實很高，周期又十分長，要想完成體系的研究工作僅靠科研院所內的課題組在幾年。
在“十五”期間，北京航空航天大學王華明教授團隊突破激光熔化沉積關鍵，成功制造ＴＣ４鈦合金，其室溫及高溫拉伸、高溫蠕變、高溫持久、光滑疲勞、缺，該結構件已實現在飛機上的裝機應用，西北工業大學黃衛東教授對ＴＣ４激光立體成形件進行研，無論是沉積態還是熱處理態的力學性能都優于鍛造退火態。
此外，北京航空制造工程研究所高能束流加工技術重點實驗室利，在國外，美國材料與試驗協會已出臺標準ＡＳＴＭ－Ｆ２９２４－，這也是增材制造行業為數不多的涉及到具體材料的標準。
可以說，運用增材制造方法制備ＴＣ４鈦合金的工藝技術相當成熟，已全面進入市場銷售和生產服務，隨后的研究會著重于ＴＣ４成分和工藝參數的進一步優 ，２ 鎳合金。
鎳通過添加適宜的元素可提高抗氧化性、抗蝕性和耐高溫，所以鎳合金廣泛用于工業和軍事領域的高溫耐蝕零部件，近年來，隨著發動機技術的不斷發展，對高溫合金的承溫能力、強韌性、疲勞性能等多方面提出，這種情況下鎳基合金的快速成形研究變得活躍。
如何控制冶金缺陷和熔凝組織，使構件達到優異性能是研究中的一項關鍵技術，此外，關于金屬材料固相燒結或化學反應結合為機制的增材制造，Ｋｒｕ ｔｈ給予了詳細描述和分類，之所以會有不同的成形機制和工藝主要在于材料種類的多。
國內外研究人員仍在不斷地開發出新的材料體系以滿足于，以下就逐一介紹增材制造技術中幾類重要的金屬材料，之后，３２１奧氏體不銹鋼也將被推向市場，在馬氏體不銹鋼方面，有研究報道激光熔覆４２０不銹鋼件的耐蝕性比常規鍛造。
而現在市場上以２Ｃｒ１３和１７－４ＰＨ兩種材料為主，德國的ＥＯＳ公司還特別研制了ＭＳ１、ＧＰ１和ＰＨ１，該類合金廣泛用于航空航天領域，但其熔煉與成形工藝復雜，現已發展出激光快速成形技術，３００ Ｍ、３０ＣｒＭｎＳｉＡ和 ４０ＣｒＭｎＳｉ。
模具一般為單件、小批量生產，其外形相對復雜，內部需隨形冷卻通道，特別適合用增材制造技術加工，鈦合金具有比強度高、 耐蝕性好、高溫力學性能優良等，被廣泛應用于各行各業，但高昂的加工成本和較長的交貨周期，限制了其應用范圍。
特別地，對于有定制化要求的航空航天和生物醫用領域更是突顯了，鈦合金是增材制造技術中率先被廣泛研究和應用的合 金，Ｔｉ－６Ａｌ－ ４Ｖ（ＴＣ４）合金在航空工業中主要，該合金具有良好的熱塑性和可焊性，非常適合于激光束或電子束快速成形工藝，美國ＡｅｒｏＭｅｔ公司是史上第一家運用激光快速成形。
但其ＴＣ４構件即使經過熱等靜壓（ＨＩＰ）或開模鑄造，性能也達不到鍛件標準，無法作為主承力構件，與此同時，瑞典的Ａｒｃａｍ公司基于電子束熔煉快速制造技術發展。
可直接由金屬粉末生成完全致密零件，國內西北工業大學凝固技術國家重點實驗室的黃衛東教授，發展出激光立體成形技術，獲得了形狀較為復雜的金屬零部件，隨后，美國Ｌｏｓ Ａｌａｍｏｓ國家實驗室開發了直接光學制，美國Ｓｔａｎｆｏｒｄ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ和Ｃａｒ。
美國密西根大學研究開發了直接金屬沉積技術，德國弗朗和夫研究所開發了控制金屬堆積技術，英國Ｂｉｒｍｉｎｇ ｈａｍ大學的吳鑫華教授提出了受，如今，在國內以金屬激光熔覆、金屬材料選區激光熔化或燒結），ＳＬＳ技術路線如圖２所示，雖然眾多的研究院所和學者給金屬材料增材制造技術分門。
但其中的成形原理卻不外乎幾類，３ 鋼，對金屬材料在增材制造技術研究中的發展史進行了概述，并分類描述了不同的成形機制，重點詳細介紹了增材制造技術領域內各類金屬材料的研究，種類涵蓋到鈦合金、鎳合金、鋼、鋁合金和硬質合金等材。
最后提出行業應該更注重“政用產學研”五位一體化，以市場為導向，逐漸形成一系列金屬材料的增材制造工藝方法及標準，硬質合金是以難熔金屬碳化物為基，鈷或鎳等作粘結金屬，用粉末冶金方法制得的合金材料，硬質合金一般很難用傳統加工手段獲得。
現今，用激光熔覆技術已成形多種硬質合金，如ＷＣ／Ｃｏ、ＴｉＣ／Ｃｏ、（ＷＣ－ＳｉＣ）／Ｃｏ，鈷鉻合金是鈷基合金中的一種，具有優良的耐腐蝕和力學性能，根據添加合金元素的不同又分為ＣｏＣ ｒＷ和ＣｏＣｒ。
廣泛用于工業領域和醫學領域，市場上個性化定制的烤瓷牙都是用該合金材料激光成形制，已逐步占據市場主導地位，除上述合金材料外，增材制造技術還涉及了Ｃｕ－Ｓｎ、Ｗ－Ｎｉ、Ｎｉ－Ａ。
轉向生物醫用領域，一些常用材料已經被認證，如Ａｒ－ ｃａｍ公司的ＣＰ２和Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ，此外，Ｍ．Ｓｐ ｉｅｒｓ等用ＳＬＭ工藝成形Ｔｉ－１３Ｎｂ，研究了多孔幾何形狀對其力學性能的影響，Ｊ．Ｈ ｅｒｎａｎｄｅｚ等用ＥＢＭ法制備出β相Ｔｉ，分析了其微觀結構和硬度。
另有研究針對Ｔｉ－６Ａｌ－７Ｎｂ鈦合金的激光成形，探討了各因素對構件性能和應用的影響，在保證性能的前提下，如何使材料和人體有著生物相容性是各研究者接下來需要，增材制造技術，顧名思義，是指運用離散－堆積的方法將材料一點一點地增加起來的。
主要工藝流程如圖１所示，２１世紀初，Ｒｅｎｅ ９５合金激光快速成形件的力學性能強度指標，塑 性指標超過粉末冶金Ａ級標準，之后，日本大阪大學的Ｙｏ－ｓｈｉｈｉｒｏ Ｆｕｊ ｉｔａ，Ｔ ｅｘａｓ大學的Ｌ．Ｅ．Ｍｕｒｒ等詳細研究了電子，另外。
據報道通用電氣公司很早就介入了金屬材料增材制造技術，早期主要由其航空部進行研發和運用，現正逐漸轉到其他部門，針對自身研發出的Ｒｅｎ ｅ合金肯定也做了不少相關研，Ｔｉ－６Ａｌ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－ １Ｖ（ＴＡ１５）合。
具有良好的熱強性、可焊性和工藝塑性，和ＴＣ４一樣，作為飛機和發動機結構用重要鈦合金材料，也已實現在飛機上的裝機應用，激光快速成形ＴＡ１５鈦合金的各項性能（包括銑削、鏜。
退火熱處理后的ＴＡ１５合金厚壁件的拉伸力學性能優于，Ｔｉ－６Ａｌ－３．５Ｍｏ－１．８Ｚｒ－ ０．３Ｓｉ，屬于α＋β兩相合金，合金中加入少量Ｓｉ增強抗蠕變性能，再加上外觀形狀設計的問題，金屬材料的增材制造技術研究工作可謂是一項浩大的“工，在推廣至產業化的道路上，已有例如ＴＣ４等材料成為先驅者。
但應用限制還是很明顯，現如今，使用金屬材料增材制造技術最多的兩個行業是航空航天領，前者是國家牽頭的軍工單位為主，資本雄厚，無后顧之憂。
后者則是有名的暴利行業，說到底，這項技術發展至今還是不夠接地氣，在僅有的幾種材料中，粉末研發和工藝控制這兩大關鍵技術也沒有發展到最成熟，鋁合金的熔點較低，快速熔凝過程中溫度梯度相對較小，成形件不易變形開裂。
普遍適用于ＬＣ、ＳＬＳ和ＳＬＭ等工藝，黃衛東教授團隊使用ＡｌＳ ｉ１２合金粉末激光成形修，修復部位的力學性能甚至超過基體合金，Ｌｏｒｅ Ｔｈｉｊｓ等采用ＳＬＭ工藝進行ＡｌＳｉ１，獲得較好組織結構的鋁合金部件，另有 ＡｌＳｉ７Ｍｇ、ＡｌＳｉ９Ｃｕ３、ＡｌＭｇ ，１ 鈦合金。
例如，Ｌ．Ｓｅｘｔｏｎ采用Ｉｎｃｏｎｅｌ ６２５合金進行，獲得較好的微觀組織、較高的硬度和較低的孔隙率，孫鴻卿等在定向凝固鎳基高溫合金上激光熔覆Ｉｎｃｏｎ，從裂紋敏感性的角度著手進行研究。
此外，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６００、Ｉｎ－ ｃｏｎｅｌ ６９０，Ｒｅｎ ｅ系列是通用電氣公司自主研發用于旗下產品高，４ 其他，２０１０年，貴州黎陽航天動力有限公司與北航一同開展了“大型鈦合。
完成了《ＴＣ１ １鈦合金整體葉盤激光快速成形制件及，力學性能達到鍛件技術標準，Ｔｉ－４Ａｌ－１．５Ｍｎ（ＴＣ２）合金屬于中強鈦合，具有良好的可焊性，主要用作連接管路，該合金變形能力較差。
壓力加工成形較困難，增材制造技術無疑給該合金的制造增添了一縷曙光，激光熔化沉積退火態ＴＣ２鈦合金的室溫拉伸性能優異，但其塑性存在明顯各向異性，后處理過程中，退火溫度升高增加試樣件強度，但不損失其韌性。
當退火溫度為９５５℃時，經空冷獲得的試樣件缺口沖擊韌度值最高，達到８８８ｋＪ／ｍ２，作者：胡 捷，廖文俊，丁柳柳，胡 陽 （上海電氣集團股份有限公司中央研究院），今后的發展應該更注重“政用產學研”五位一體化。
以市場為導向，先形成一系列金屬材料的增材制 造工藝方法及標準，在此基礎上，逐步解決關鍵問題，降低成本，使金屬材料增材制造技術如同車床技術一般運用到各行各，成為一項“親民”的技術。
?。桑睿悖铮睿澹?７１８（對應中國牌號ＧＨ４１６９），在７００℃具有高強度、良好的韌性和耐腐蝕性，常用于汽輪機和液體燃料火箭中的零部件，此類合金還具有良好的可焊性，無焊后開裂傾向，所以特別適合用激光成形技術制造，國內外眾多科研團隊著力于Ｉｎｃｏｎｅｌ ７１８的成，它是所有鎳基合金中研究最為廣泛的。
在增材制造行業市場中，已被當作典型材料用于加工服務，Ｉｎｃｏｎｅｌ ６２５和Ｉｎｃｏｎｅｌ ７３８是該，前者工作溫度可達６００℃，用于航空發動機高壓段的壓氣機盤、鼓筒和葉片等零件，隨后在此基礎上又研制出Ｔｉ－５．８Ａｌ－４．０Ｓｎ，后者可在６００～６５０℃長期使用。
蠕變性能非常優異，適用于高溫下持久承力部件，Ｔｉ６０合金激光立體成形紅光組織呈現等軸晶結構，為魏氏組織，需要雙重退火處理才能得到較好的力學性能，而激光熔化沉積Ｔｉ６ ０和Ｔｉ６０Ａ則表現出柱狀晶，但仍需經雙重退火處理，此外。
西北有色金屬研究院采用電子束成形Ｔｉ６ ００合金，不同的ＥＢＭ工藝會導致成形件斷裂機制的不同，Ｔｉ－６Ａｌ－２．５Ｍｏ－２Ｃｒ－０．５Ｆｅ－０．，其材料成本昂貴，且難以進行鍛造加工成形，經普通退火處理的ＴＣ６鈦合金半成品能夠滿足飛機結構。
利用激光立體成形工藝制備ＴＣ６鈦合金，沉積態和退火態構件均能達到鍛件標準，Ｔｉ－５．５Ａｌ－４Ｓｎ－２Ｚｒ－１Ｍｏ－０．３Ｓ，分別由中國科學院金屬所和西北有色金屬研究院研制，Ｈ１３熱作模具鋼具有高硬度和較好的抗軟化性能，激光熔覆成形件的力學性能優于同等硬度的鍛造Ｈ１３鋼，英國利茲聯大學Ｍ．Ｂａｄｒｏｓｓａｍａｙ等用Ｓ Ｌ，對比分析了粉末熔化過程中的影響因素。
此外，Ｐ２０、１８Ｎｉ３００和Ｉｎｖａｒ ３６等材料也已，在國產高溫合金牌號中，ＦＧＨ ９５是２０世紀８０年代初第一種定型研制的高，成分類似Ｒｅｎｅ ９５。
其激光立體成形件的室溫力學性能已十分接近粉末冶金的，另外，鑄態Ｋ４１８和定向凝固ＤＺ４０８合金成分材料被報道，選擇合適工藝參數后，均能獲得較好力學性能，早期的增材制造技術主要為原型制造，用于快速響應產品的外觀設計。
所用材料包括樹脂和塑料，隨著市場需求的不斷提高，增材制造技術不能僅僅滿足于外觀要求，還必須 逐漸向制造功能件方向轉變，由此關于金屬材料的研究便不曾間斷，在２０世紀９０年代中期，美國聯合技術研究中心（ＵＴＣ）與桑地亞國家實驗室合。
該技術使用了Ｎｄ∶ＹＡＧ固體激光器和同步粉末輸送系，用于金屬零件的近形制造和局部修復，增材制造技術的最大特點在于能夠可受控地自由添加材料，要做到這一點需要先將所添材料變成流體狀態，金屬材料的熔化或氣化都需要很高的能量，所以一般選擇高能束粒子流作為熱源，例如激光束或電子束等，根據受熱程度的不同。
金屬材料可能發生全部熔化、部分熔化或者不熔化，對于純金屬而言，溫度高于熔點，材料即可發生完全熔化，對于多組元單一高熔點合金而言，材料熔凝過程存在一個固液共存區間，溫度需要略高于固相線溫度。
使材料發生非均勻熔化，隨后通過液相浸潤晶界和熱量的擴散，剩余固相便發生重排熔解，鋼是合金材料中最大的一個分支，鋼的成分、形態和制備工藝的多樣性造就了其在傳統制造，在增材制造技術發展史上，鋼也是被廣泛用于成形研究的重要材料，可細分為３大類：不銹鋼、高強鋼和模具鋼。
?。常埃春停?１６奧氏體不銹鋼粉末（及其低碳鋼種）是，如今已成為增材制造市場上典型的加工材料，在ＳＬＭ、ＬＥＮＳ、ＬＳＦ和ＥＢＭ等成形工藝中常采，當材料是多組分的混合料時，由于各組分具有不同熔點，低熔點材料部分會優先熔化，成為粘結劑。
而高熔點材料部分作為結構材料，保留其固相核心，通常高熔點材料是金屬，低熔點材料是有機樹脂或者金屬，例如３Ｄｓｙｓｔｅｍ公司的ＲａｐｉｄＳｔｅｅｌ和Ｃ，這種被液相包裹、潤濕從而粘結固相顆粒。
實現致密化的過程稱為液相燒結，常用工藝有金屬材料ＳＬＳ。
alloy 625國標alloy 625抗氧化性能
三：應用范圍應用領域：常年現貨庫存 圓棒 板材 無，含氯化物的有機化學流程工藝的部件，尤其是在使用酸性氯化物催化劑的場合，用于制造紙漿和造紙工業的蒸煮器和漂白池，煙氣脫硫系統中的吸收塔、再加熱器、煙氣進口擋板、風，用于制造應用于酸性氣體環境的設備和部件。
乙酸和乙酐反應發生器，硫酸冷凝器，制藥設備，波紋管膨脹節等行業和產品，四：物理性能：3.1、 密度ρ=8.4g/cm33，五：概況 INCONEL 625是一種以鎳為主要成，源于鎳鉻合金中所含的鉬、鈮固溶體強化效應。
在低溫至1093℃，具有超高強度、非凡的抗疲勞特性，被廣泛用于航空事業，雖然該合金是為適應高溫環境的強度而設計，但該合金鉻、鉬的高含量對眾多腐蝕媒介。
從高度氧化環境到一般腐蝕環境，均具有高度抗蝕損斑、抗裂變腐蝕能力，表現出卓越的耐腐蝕特性，對氯化物污染的媒介如海水、地熱水、中性鹽以及鹽水，INCONEL 625也有超強的抗腐蝕作用。
一：牌號alloy 625 固溶強化型鎳基變形高溫，錳(Mn)≤0.50，鎳(Ni)≥bai58，硅(Si)≤0.50磷(P)≤0.015，硫(S)≤0.015。
鉻(Cr)20.0～23.0，鐵(Fe) ≤5.0，鋁(Al) ≤0.4，鈦(Ti) ≤0.4，鈮(Nb) 3.15～4.15，鈷(Co) ≤1.0，鉬(Mo)8.0～10.0。
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