江苏激光联盟导读：

本研究探讨了工艺参数对直接激光金属沉积法制备的梯度不锈钢316L和Inconel 718薄壁结构的影响。

关键词：激光沉积 包层 功能梯度

摘要

激光直接金属沉积（LDMD）已从原型技术发展为单一和多种金属制造技术。它提供了一个机会来生产梯度成分，在不同位置具有不同的元素组成、相和微观结构。在这项工作中，连续梯度不锈钢316L和Inconel 718薄壁结构的直接激光金属沉积工艺进行了探索。本文考虑了激光功率水平和粉末质量流率等工艺参数对SS316L和Inconel 718在钢-镍梯度结构沉积过程中的影响。

通过光学显微镜和X射线衍射技术进行微观结构表征和相识别。采用硬度、耐磨性和拉伸试验等方法对结构进行了机械试验。XRD结果表明，在沉积过程中形成了NbC和Fe2Nb相。确定并讨论了实验参数对微结构和物理性能的影响。研究表明，机械性能可以通过输入参数来控制，碳化物的生成为有选择地控制功能梯度材料的硬度和耐磨性提供了机会。

1.介绍

1984年，日本仙台地区的材料科学家提出了功能梯度材料（FGM）的概念，作为制备热障材料的一种手段。功能梯度材料是一类高级材料，其成分和微观结构从一侧到另一侧逐渐变化，导致性能发生相应变化。这些材料可设计用于特定功能和应用。此外，材料的梯度变化允许减少出现在两个不同相之间尖锐界面附近的应力集中。今天，FGM概念已扩展到世界各地的各个部门。功能梯度材料已在生物医学、汽车和航空航天、电子、光学和核应用、反应堆部件和能量转换等领域找到了自己的位置。

Ni含量在0.10 ~ 30wt % 7之间的TiC-Ni梯度材料的显微组织和元素分布

目前用于生产功能梯度材料的有几种技术，如模压、等离子喷涂、滑动铸造和粉末冶金。功能梯度涂层的制备一般采用模压成型和等离子喷涂，等离子喷涂制备的功能梯度材料涂层不致密。尽管粉末冶金可用于生产块状功能梯度材料，但由于使用模具进行压力辅助致密化，因此其形状和尺寸通常受到限制。

激光直接金属沉积（LDMD）工艺能够以近净形状制造复杂原型，从而节省时间和加工成本。通过该工艺沉积了多种金属和合金，例如H13、WC–Co等钢和钨铬钴合金。Jasim等人首次将激光沉积工艺应用于制造金属-陶瓷功能梯度材料。此后，许多研究人员应用这一概念，为各种应用构建了一系列功能梯度材料。Pei和De Hosson使用Nd:YAG激光器生产AlSi40功能梯度材料，而Thivillon等人分析了通过激光沉积技术制造钴基钨铬钴合金6和镍基超合金Inconel 625。Ouyang等人通过激光熔覆技术开发了一种WC–（NiSiB合金）金属陶瓷/工具钢功能梯度材料（FGM），用于高温摩擦学应用。Lin et al.研究了不锈钢成分梯度至Rene88DT期间的凝固行为和形态演变。

如图，首先，使用相同的铝基系统导致相似的热性能。其次，即使局部稀释程度很高，也可以为所期望的FGMs创造成分梯度。最后，初生Si颗粒可作为FGMs的硬增强体，凝固过程可控制其尺寸。这对于激光熔覆过程中FGMs的原位形成是非常重要的。采用喷雾雾化技术制备的粉末呈球形，粒径为50 ~ 125 μm。

镍和钢合金广泛应用于电力和核工业。由于在表面形成富铬的氧化膜，奥氏体不锈钢具有很高的耐腐蚀性。这可能在厚度上有所不同，并且在某些条件下也会发展为具有额外外层的双重层，但其良好的耐腐蚀性仍然存在。连接钢通常不是问题，因为奥氏体焊缝在使用条件下能够抵抗热裂纹、应力和严重冲击。镍铬合金Inconel 718合金适用于观察到高温且大气高度渗碳和氧化的应用。镍和不锈钢合金的特性使其适用于许多应用，例如核发电和炼油厂等条件存在的地方。然而，这两种合金通常仍然通过熔焊连接在一起，这可能导致对凝固裂纹的抵抗力较弱。为了克服开裂问题，合金的功能分级是一个可行的解决方案，但有许多工艺参数需要控制。

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