功能梯度金属材料增材制造实验与数值研究综述(2)

除了在前两类铁基梯度材料增材制造中使用不锈钢的研究相对集中外，不锈钢广泛的性能也引起了对其他一些梯度材料制造的关注。如Liu等利用SS420通过激光辅助增材制造(laser aided additive manufacturing, LAAM)在球墨铸铁上梯度沉积，为铸铁零件损坏的修复提供了合适的解决方案。事实上，SS420优异的耐蚀性和耐磨性在保持铸铁固有性能方面非常有用，但由于其对冷裂纹的高度敏感性，在铸铁和SS420之间使用IN625，以消除易产生的裂纹，而不需要进行预热处理。如前所述，由于对基体的低热输入的应用以及IN625作为铸铁和SS420之间的缓冲层的作用，层间的冶金结合强，很少的气孔和无裂纹，表明了沉积过程的成功。

同时，对两种干燥和润滑条件下的磨损试验结果进行了评价，结果表明，犁削和剥落是干磨损的有效机理，剥落是润滑磨损的主要机理。此外，通过检测干磨损表面的氧化，在测试过程中由于温度升高和暴露在环境大气中，三体磨损(由于氧化物颗粒的形成)被认为是干磨损过程中表面层损伤的另一种机制。因此，在干磨损试验中记录的磨损总量更多。

为了制造一种适用于航空航天、汽车和能源行业的不锈钢锆的不同结构，Khodabakhshi等人根据图12a，利用粉末输送激光增材制造技术和三种不同的技术，包括直接沉积(样品A1和A2)，功能梯度沉积(样品A3)和各种夹层(样品A4、A5和A6)的应用，并对其微观结构特征和开裂敏感性进行了评价。在316L不锈钢到锆的梯度制备过程中，尽管由于相邻层之间更接近的热物理和机械性能，热应力有所降低，与直接沉积相比(图12b)，在垂直裂纹(图12c)之外，由于脆性金属间化合物(主要是Ni-Zr型)的广泛形成，水平裂纹出现了更广泛的裂纹(图12c)。

图12 a)不锈钢-锆不同的结构采用不同的技术进行设计。b)在316L不锈钢上直接沉积锆，c)在316L不锈钢上功能梯度沉积锆，d)在410L不锈钢上功能梯度沉积锆，e)在410L不锈钢上使用镍层沉积锆f)在410L不锈钢上采用钛和钒夹层沉积锆，g)在410L不锈钢上采用铜夹层沉积锆。

替换的410 l不锈钢(无镍)而不是316 l不锈钢和使用技术,如保持恒定的层间温度和减少稀释10% Zr和90%锆传递(减少Fe-Zr的形成金属间化合物的化合物),尽管裂缝的数量减少,梯度区与不锈钢界面处的弱结合(由于稀释程度的降低)导致沿界面水平开裂(图12d)。此外，使用镍和钛-钒夹层(图12a中的A4和A5样品)，由于Ni-Zr金属间化合物的形成和钒的低塑性以及热应力，分别发生了宏观尺度的开裂，如图12e,f所示。然而，由于铜在铁中的溶解度高，且Cu-Zr金属间化合物的形成硬度较低(与Ni-Zr金属间化合物相比)，使用铜夹层时没有观察到宏观裂纹(图12g)，这被认为是研究条件中最佳的制造条件。

在Nie等人的另一项研究中，利用高通量表征研究了增材制造的SS316L-SS431材料的微观组织和腐蚀行为，并找到了最佳的耐蚀性和耐磨性组合。在微观结构评价中，发现随着SS316L含量在构建方向上的增加，形貌由等轴枝晶向胞状和柱状枝晶的混合物发展，相组成由α-Fe、马氏体和碳化物的混合物向γ-Fe发展。虽然这将导致硬度和耐磨性逐渐下降，但由于钝化膜致密性的增加，随着奥氏体(γ)相的出现，耐蚀性提高。在本研究中，使用局部电化学测量技术(扫描开尔文探针、扫描液滴池和扫描振动电极技术)显示，当组合重量超过50%时，SS316L伏特电位和点蚀敏感性与纯SS316L相似，但具有更高的硬度。因此，这种两种基合金的组合可以适用于高耐蚀性和耐磨性要求的应用。

为了更好地概述和比较铁基梯度合金的AM研究的一些结果，表2对它们进行了总结。

表2 综述了铁基梯度合金增材制造的研究进展。

3.1.3 其他梯度合金

尽管之前对基本金属进行了分类研究，但对其他金属和合金的AM研究却很少，其中一些不考虑它们之间的关系，只根据所使用的合金种类、制造、表征方法和其他有价值的结果进行了综述。在Karnati等人的一项研究中，使用纯铜和Delero-22镍基合金粉末制备了两种镍铜比为100/0(富镍)和30/70(富铜)的粉末组合，通过改变脉冲激光器的占空比(dc)来制备三种梯度沉积装置。在30/70上的100/0沉积中，可以观察到梯度转变的长度随着dc的增加而增加，而在30/70上的100/0沉积中，尽管梯度转变的长度总是比其他沉积情况记录的要大，增加直流(或热输入)可以缩短梯度转变的长度。

文章来源：《金属功能材料》 网址: http://www.jsgncl.cn/zonghexinwen/2022/0422/764.html