由于操作过于频繁,请点击下方按钮进行验证!

【学科普及】激光3D打印助力高强韧钛基构件制造

南京航空航天大学的顾冬冬(Dongdong Gu)教授团队利用CNTs或石墨烯,通过选区激光熔化(selective laser melting,SLM)增材制造工艺调控CNTs与Ti基之间的原位化学反应,借助于激光增材制造的超高温、超快熔化/凝固速度等特征,使CNTs完全与Ti反应,变缺点为优点,以原位生成的纳米TiC增强相强化钛基体。文章的亮点是突破性地获得了弥散均匀分布的原位层片状纳米TiC,以及原位TiC与Ti基之间最大的共格排列,从而同时获得912MPa的高抗拉强度和16%的高延伸率(1.0 wt %CNTs),与传统纯Ti相比,“强塑积”综合提高350%。

制备方法如下。首先,利用低能量球磨获得涂覆CNTs粉末(图1B)的纯钛颗粒(图1A),通过保持Ti颗粒的球形来确保粉末的流动性。表面CNTs粉末的厚度大概是几十nm(图1C-D)。通过SLM制备CNTs/Ti复合材料,并以优化的“岛型扫描”方法(图1E-F),将SLM加工部件的内应力降到最低。激光与粉末之间的光滑交融确保本技术可以制备大于200 mm形状复杂的整体涡轮部件 (图1H)。

▲图1 含 1.0 wt % CNTs的纯钛粉末的SLM 3D打印

EBSD、SEM与TEM结果表明,350 W激光可以制备均匀超细晶Ti组织和细小弥散均匀分布的层状增强相。SEAD结果表明,层状物为沿[001]方向排列的TiC晶体,说明SLM过程中,CNTs与Ti发生了原位反应,在界面上生成了TiC。不同激光强度处理结果比较,发现激光的能量对于增强相的形貌影响显著。同时,SLM导致Ti基体形成马氏体α’-Ti,导致严重晶格畸变并伴随大量的晶格应力,晶粒细化和高位错密度(图3),对位错运动产生阻碍从而强化基体。另一方面,TiC与Ti基体之间因为原位反应的缘故,界面为共格关系(图3C,F)可以最小程度减少裂纹的产生。基于以上特殊结构,激光打印Ti基复合材料和传统纯钛相比,表现出强度与延伸率同时增强的特性,平衡了传统加工过程中此两者难兼顾的难题 (图4)。

▲图2 不同能量激光打印Ti基复合材料的组织表征

▲图3 原位TiC增强相的生长机制与界面结构

▲图4 激光打印Ti基复合材料的力学性能

其主要强化机理在于增强相与形变孪晶对位错运动的阻碍作用:位错在TiC增强相上堆积(图5A)、在高位错密度区域形成的形变孪晶(图5B-C)以及在TiC增强相附近形成的形变孪晶均说明此作用过程。TiC增强相与形变孪晶的存在如同海边的防浪堤,通过本身不规则的形状分化、减轻海浪对陆地的冲刷,保证本体的稳固。

▲图5 拉伸试验过程中的激光打印Ti基复合材料的组织表征

来源:童丽萍 CellPress细胞科学



(上海市增材制造制造业创新中心)

声明:本网站所收集的部分公开资料来源于互联网,转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传,对此类作品本站仅提供交流平台,不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题,请第一时间告知,我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容,以保证您的权益!联系电话:010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。

网友评论 匿名:
相关链接
  • 汽车制造业“3D时代”的序幕:从概念到量产的蝶变
  • 24-07-10
  • 3D打印新闻简报:易加三维获数亿人民币B+轮融资; 希禾增材推出高性能铜合金等
  • 24-07-10
  • 从硬件到材料,回顾中国3D打印企业在Rapid +TCT上全面亮相
  • 24-07-10
  • 选型难?还想省钱?学我这样买!
  • 24-06-26
  • 展商必看 | 明日2025 TCT亚洲展首轮选位即将开启!
  • 24-06-12
  • 2025 TCT亚洲展即将开启招展,6月13日锁定您的席位!
  • 24-06-05
  • 增材制造技术如何演绎新质生产力下制造业的数字化转型?
  • 24-05-28
  • 【TCT亚洲展 精彩回顾·模具工业篇】3D打印与模具工业结合,中国企业带来的新案例会有怎么的火花?
  • 24-05-28
  • 用数据诠释!先行数据带您回顾2024 TCT亚洲展
  • 24-05-24
  • 福利重启!3D打印服务官方补贴来咯!
  • 24-05-22
  • 不断突破,圆满收官!2025再相聚!
  • 24-05-10
  • 展会动态 | 航天增材公司精彩亮相TCT增材制造展,全国产增材制造装备发布引爆全场
  • 24-05-09
  • 同期活动重装上阵:全球领袖齐聚,前沿对话透视各个行业前景及未来
  • 24-05-09
  • 由“心”致新再出发 | 2024 TCT亚洲展闪耀启幕!
  • 24-05-08
  • 智造未来,海克斯康邀您共赴增材制造亚洲展
  • 24-04-26
  • igus新推出一款耐高温性能极佳的SLS打印材料
  • 24-04-26
  • 第11届中国(北京)国际3D打印、增材制造技术展览会
  • 24-04-24
  • UltiMaker 推出工业级 3D 打印新标准 Factor 4
  • 24-04-24
  • 展品预告 | 增材制造金属机“大战” 五月初TCT现场见
  • 24-04-24
  • TCT Group:见证国际增材制造市场风云变幻的十年
  • 24-04-17
  • 分享到

    相关主题