功能梯度金属材料增材制造实验与数值研究综述(3)

造成这种差异的原因是，与100/0相比，30/70混合粉末的捕获效率较低，从而通过增加直流(或热输入)进一步重熔层。它会导致后续各层的梯度中止，并改写各层沉积后的梯度转变。此外，利用数字图像相关(DIC)技术在拉伸试验中发现，所有试样在颈缩起始后，在富铜区附近都产生了应变集中，同时在富铜区也发生了破坏。此外，虽然沉积顺序与断裂应变之间没有统计学上的显著关系，但可以发现，随着dc的增加，两种沉积情况下的断裂应变都增加了，这是由于梯度过渡的更广泛和有效的存在。

为了证明AM在快速开发新型磁性材料方面的能力，Chaudhary等人对采用LENS方法处理的Co100?xFex和Ni100?xFex软梯度磁性材料(x =30-70)的结构、磁性和机械性能进行了组合评估。在结构特征研究中，发现Co100?xFex梯度合金具有变晶格参数的单相BCC。随着Fe含量的增加，Co和Fe原子尺寸的差异和磁相互作用的变化是导致晶格参数变化的主要原因。然而，对于Ni100?xFex，根据成分不同，可以检测到单相FCC或FCC和少量BCC相的混合物。

在磁性评价中，如图13a和b所示，随着Fe含量的增加，两种梯度合金的Ms增加，而Hc的变化是非单调的。通过比较研究的磁性合金和相关报告数据类似的合金由其他传统方法处理,结果表明:合金由镜头处理过程,高于或等于Ms和Hc较低或接近相似的合金由传统方法处理。然而，由于更多的晶界和残余应力扰乱了磁畴的排列，增材制造的样品的矫顽力高于市购的Permalloy (Fe-Ni-Mo)和Hiperco (Fe-Co-V)软磁合金。图13c中硬度测试的结果也表明，尽管两种合金的最高硬度接近于两种基元比例，但Co100?xFex梯度合金的硬度始终要大得多。此外，Co100?xFex和Ni100?xFex系列合金的最大硬度(分别为260和160 VHN)大于一些市面上现有合金的硬度。

图13 a,b) Co100?xFex和Ni100?xFex梯度合金的饱和磁化强度(Ms)和矫顽力(Hc)以及显微硬度的变化。

Ghoncheh等人研究了增材制造的AA2618/AlSi10Mg杂化合金(用于吹塑工业)的显微组织特征，发现合金元素的扩散和分布系数、液相混合焓、元素的溶解度决定了元素的晶内或晶间偏析倾向。因此，镁元素具有很强的晶内偏析(捕获)倾向，而硅、铁和镍元素则具有很强的晶内偏析(捕获)倾向。尽管在梯度界面上有良好的结合，但由于共晶化合物在晶间区域的熔化以及过程中的热应力，出现了称为热脆性的微裂纹。然而，由于过冷度的增加，钝化机制在界面处由于等轴枝晶的存在而停止了其扩展。此外，在评估机械性能方面，证明了硅原子通过控制位错的运动来决定弹性性能和剪切模量的重要作用。虽然较弱的材料限制了合金的强度和断裂应变，但加工硬化速率介于两种基体合金之间。

表3总结了其他各种梯度合金的AM研究。

３．２金属陶瓷梯度材料

尽管在金属陶瓷梯度材料的AM方面有许多有价值的研究，它们被分类和综述如下:值得注意的是,很难实现高含量的陶瓷梯度材料的外层由于陶瓷的高脆性和低流动性融化(这可能导致很多缺陷,比如,微观/宏观裂缝)可以归咎于这一主题的研究非常有限。

3.2.1热障梯度系统

考虑到热障涂层(TBC)系统中从金属到陶瓷的化学成分逐渐变化，通过减少材料性能和残余应力的不匹配，可以消除粘结层的需要，Mumtaz和Hopkinson研究了用选择性激光熔化法制造waspaloy -partial - stable Zirconia (PSZ)梯度。除了结构的高密度外，由于材料性能的不同，PSZ和一些Waspaloy合金元素的偏析导致其在熔体池中的行为和运动(通过浮力和Marangoni对流)不一致，是本研究的重要发现。

然而，通过交叉扫描策略可以在分级结构中获得更少的孔隙和偏析。对于用LENS方法在SS316L上制备的钇稳定氧化锆(YSZ)梯度涂层，Balla等人观察到一些分段裂纹和柱状晶粒沿厚度方向生长，这对于TBC的使用寿命是非常理想的。尽管他们承认该工艺有能力获得无明显缺陷的致密组织。在另一项相关研究中，Savitha等人使用NiCrAlY或NiCr合金作为粘结层，YSZ作为面漆，以直接界面(DI)和成分梯度(CG)沉积的形式在IN625基底上制备TBC体系。

图14 a-c) NiCr-YSZ DI、NiCr-YSZCG和NiCrAlY-YSZ CG系统的截面。d, e)NiCr-YSZ - DI系统热循环试验后的宏观形貌和显微组织。f、g)热循环试验后NiCr-YSZ CG系统的宏观形貌和微观结构。h) NiCr-YSZ DI和i) NiCr-YSZ CG系统在空气对流(AC)和绝热(AB)条件下的降温试验中，前端面(FF)和后端面(BF)的温度分布。

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