基于钛合金丝材的增材制造技术研究进展

摘要:金属增材制造技术自诞生以来,经快速发展,已在诸多领域得到了广泛的应用,被列入决定未来经济的十二大颠覆性技术之一。基于丝材的金属增材制造技术由于其沉积效率高、制造成本低、制造周期短和材料利用率高,近年来成为国内外研究和应用的热点。本文以钛合金丝材为原材料,针对广泛采用的电弧/等离子弧熔丝、电子束熔丝和激光熔丝增材制造技术,分别从成形工艺参数优化、宏微观组织结构分析、后热处理组织性能调控及专用原材料开发等方面所取得的最新研究成果进行了详细论述。在此基础之上,介绍了基于钛合金丝材的增材制造在工程化应用及相关标准规范的制定情况。最后,指出钛合金丝材增材制造技术在组织和性能等方面存在的固有不足, 提出了采用锻造+增材复合成形复合后处理和专用丝材研制等方法,并建立有别于传统锻造和铸造的新标准体系,有助于推广其在各领域的大规模应用。

TiAl合金的高温抗氧化涂层研究进展

摘要:TiAl合金具有低密度、高熔点、良好的阻燃能力和优异的力学性能,成为航空航天领域具有竞争力的结构材料之一。但是TiAl 合金在高温服役过程中抗氧化能力不足的问题严重阻碍了其发展。近年来,众多学者在TiAl 合金表面高温抗氧化涂层方面开展了大量研究。本文主要从铝及铝化物涂层、硅改性铝化物涂层、MCrAlY涂层、Ti-Al-Cr 涂层和氧化物涂层五种不同的涂层体系出发,系统总结了各类涂层常见的制备工艺、组织形成机理、氧化行为及其失效机制,并对抗氧化涂层未来的发展趋势做了展望。

增材制造铝合金残余应力研究现状及展望

摘要:增材制造铝合金构件在制造过程中产生的残余应力已成为影响其性能的关键因素。全面了解导致残余应力形成的潜在机制并制定有效的预测和控制策略,对提高铝合金部件的结构性能至关重要。本文系统地阐述了增材制造铝合金残余应力领域的最新研究进展。首先,讨论了残余应力在增材制造铝合金性能方面的影响,包括对缺陷、组织及机械性能的影响;其次,分析了残余应力的产生机制,涉及复杂的热应力场与显微组织演变;同时,审查了影响残余应力的各种因素,发现其主要与构件结构和制造工艺有关;然后,探讨了多种先进检测技术的应用情况,包括X 射线衍射法、中子衍射法等;此外,综述了基于精确模型的预测方法及表面处理等调控策略对改善构件残余应力方面的效果。最后,总结并展望了增材制造铝合金残余应力的发展趋势和方向。

Mg-Zn-Y系镁合金的研究现状与展望

摘要:镁合金作为“21 世纪的绿色工程材料”,在航空航天、汽车、电子等领域具有广阔的应用前景。在诸多镁合金中,Mg-Zn-Y合金由于其独特的组织结构和优异的力学性能而成为研究热点。综述了近年来Mg-Zn-Y合金的研究现状。介绍了Mg-Zn-Y合金的物相与显微组织,主要对其存在的三种平衡相进行了简介,即准晶I相(Mg3YZn6)、W相(Mg3Y2Zn3)和LPSO-Z相(Mg12YZn);重点综述了主要合金元素(Zn、Y、Zr、Nd、Mn、Ca等)、变形加工处理对其微观组织及强韧化行为的作用规律,并总结了相应的铸态及变形态合金的力学性能。基于已有的研究基础展望了合金的未来发展方向。

铜合金的腐蚀与防护研究进展

摘要:铜合金具有良好的导电性和导热性,是应用最广泛的工业材料之一。铜合金服役过程中常与酸、碱、盐等腐蚀介质接触,易引起铜合金的腐蚀, 最终导致失效,对生产制造带来危害。提高铜合金的耐腐蚀性有利于进一步扩展其应用领域。本文主要归纳了Cr,Pb,Ti,Al,Mn,Ni以及稀土元素的添加对合金耐蚀性能的影响,通过合金元素的添加可以改变铜合金表面腐蚀产物膜的组成和形貌,减小相与相之间腐蚀电位差, 以及减少有害杂质的存在,以此来改善铜合金的耐蚀性能。塑性变形和热处理是改善铜合金力学性能的常用手段,经塑性变形和热处理过后的铜合金,其微观组织形貌和分布发生了变化, 因此对合金耐蚀性能也有一定的影响。本文主要从合金化、塑性变形及热处理3个方面对铜合金耐蚀性能影响进行综述,最后对铜合金的腐蚀防护研究进行总结和展望。

铜及其合金梯度结构制备及性能研究进展

摘要:高性能铜及铜合金由于其高导电性、 高导热性、高强度、高耐蚀及可镀性、易加工性等系列优良特性而成为多个领域开发中必不可少的材料。研究发现,梯度结构的存在可有效提高铜及铜合金的强度,同时保持原有的塑性。区别于传统铜及其合金,表面细晶到心部粗晶的逐渐过渡及位错缺陷等的相互作用使梯度结构铜表现出更好的强塑性协同效应,正是这种异质性促使材料性能进一步提升。然而,基于梯度结构材料的异质性,传统铜及其合金的变形机制、制备技术及仿真模拟等并不适用于梯度结构铜及其合金,这使得梯度结构铜及其合金的实际生产应用受到极大限制。鉴于此,本文从梯度结构的制备工艺其性能改善方面综述了现有梯度结构铜及其合金的研究进展,梳理了诸多领域内梯度结构铜及铜合金材料的发展及现状, 并分析了梯度结构铜合金材料的研究趋势与应用需求。

镁合金半固态注射成型技术的发展现状与应用前景

摘要: 半固态注射成型技术近年来为镁合金行业注入了新的活力,综述了镁合金半固态注射成型技术的发展现状与应用前景。首先,阐述了镁合金半固态注射成型工艺的原理及优势,总结了镁合金半固态注射成型机的发展历程,指出中国在大型化装备技术领域正逐步成为创新引领者。进一步分析了基于半固态工艺技术的镁材料组织与性能研究的最新进展,指出该技术是充分挖掘镁合金性能潜力、减少铸造缺陷的重要方法之一。除Mg-Al体系外,随着新型半固态镁合金的研究,半固态注射成型的镁基复合材料因具有短流程、高性能的特点而受到关注。镁合金半固态注射成型技术已在消费电子、交通工具等领域得到应用,正逐步拓展至大型结构件的生产制造,特别是在新能源汽车领域展现出巨大的应用潜力和前景。

镍基高温合金载能束增材修复技术研究现状

摘要:镍基高温合金在高温下具有较强的抗蠕变、耐氧化和防腐蚀性能,被广泛应用于航空航天发动机和工业燃气轮机等热端部件。在恶劣的工作条件下,热端部件受到磨损、冲击、高温侵蚀和交变应力的作用易产生烧蚀、热裂纹、断裂等损伤,直接影响装备的服役安全。因此,如何恢复镍基高温合金损伤件的使役性能是目前亟待解决的问题。载能束具有能量集中、穿透性强、热输入低等特点,可用于快速恢复镍基合金受损零件的尺寸和性能,且修复区与基体形成良好的冶金结合,为镍基高温合金的优质、高效修复提供了可行途径。本文介绍了激光、电子束、电弧和等离子等载能束增材修复工艺的技术原理,归纳了镍基高温合金修复的瓶颈难题,综述了当前针对镍基合金修复难点所取得的重要研究进展,指出了载能束增材修复镍基高温合金的发展方向。

机械表面处理铜合金研究现状

摘要:铜合金具有良好的导电性和导热性,进一步提升铜合金力学性能可扩展其应用领域。通过机械表面处理在铜合金内构筑梯度纳米晶结构能在无合金元素添加的条件下,大幅提升铜合金强度-塑性匹配、抗疲劳等性能,具有工程应用潜力。本文首先综述了国内外制备梯度纳米晶结构铜合金常用的机械表面处理技术;其次,分析了机械表面处理对铜合金强度-塑性匹配性、疲劳性能和耐腐蚀性能的影响,并系统阐述了梯度纳米晶结构铜合金组织稳定性的调控方法;最后,总结了机械表面处理铜合金研究领域的发展趋势及面临的挑战。

层状复合钛合金增材制造研究进展及发展趋势

摘要:层状复合钛合金是由不同种钛合金制成的、成分和组织性能逐层变化的先进材料,能够发挥多种钛合金的性能。层状复合金属的结构设计是保证成形性能和满足服役需求的前提。增材制造相比传统制造技术,具有设计灵活便捷、试制周期短、可成形复杂结构等优势,在层状复合钛合金研制领域应用广泛。本文介绍了层状金属直接过渡、成分过渡和阻挡层过渡结构设计方法,综述了几种增材技术研制层状复合钛合金,包括激光定向能量沉积、电弧熔丝增材制造和电子束熔丝增材制造的研究进展。围绕过渡区组织性能优化、热处理制度建立、残余应力控制和失效机制判据等方面,展望增材制造层状复合钛合金未来的发展方向。