送粉式激光輔助增材制造（LAAM）是定向能沉積工藝中的一種，利用激光作為熱源逐層沉積材料，可實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的近凈成形。Ti-Mo基β-Ti合金具有較低的彈性模量、優(yōu)良的比強度等特點，在航空和生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。由于具備高的強度和低的彈性模量，Ti-Mo基β-Ti合金的增材制造(AM)引起了越來越多的研究興趣。近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)Ti合金合金成分與激光增材制造過程的冷卻速率顯著影響材料的微觀組織結(jié)構(gòu)、析出相和機械性能的演變。但是，對于高度合金化的Ti-Mo基合金，還未有相關(guān)工作研究樣品尺寸變化導(dǎo)致的冷卻速率對析出相形成和材料機械性能的影響規(guī)律。

　　近期，廣東省科學(xué)院智能制造研究所與西安理工大學(xué)合作，采用激光輔助增材制造技術(shù)制備了一種新型的生物相容性β型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金，該合金表現(xiàn)出高屈服強度(923 MPa)和低彈性模量(68.7 GPa)的良好組合，在結(jié)構(gòu)和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面具有很好前景?？蒲腥藛T還研究了增材制造樣品尺寸對β型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金微觀組織結(jié)構(gòu)、析出相和機械性能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，截面面積小的垂直試樣的晶粒尺寸大于截面面積大的水平試樣的晶粒尺寸。由于垂直試樣截面面積較小，激光增材制造過程的熱量積累導(dǎo)致Ti3Al、Ti2Ni和TiNi等第二相析出，進而使得垂直試樣具有較高的維氏硬度和脆性斷裂行為；對于截面面積大的水平試樣，由于散熱快，并沒有發(fā)現(xiàn)第二相存在，表現(xiàn)出了優(yōu)異的高屈服強度和低彈性模量組合。β-型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金中Ti3Al、Ti2Ni和TiNi等第二相是在吉布斯自由能、界面能與合金化學(xué)成分濃度的協(xié)同作用下形成的，其中，合金化學(xué)成分濃度在第二相的形成過程中具有主導(dǎo)作用。

垂直試樣中第二相的TEM分析結(jié)果

（a）水平及垂直試樣的室溫拉伸性能

（b）本研究中Ti合金性能與相關(guān)合金性能比較

 

水平及垂直試樣斷面的SEM分析結(jié)果

（a）BCC晶體結(jié)構(gòu)示意；（b-d）垂直試樣中與構(gòu)筑方向不同夾角晶粒的IPF；（e-g）水平試樣中與構(gòu)筑方向不同夾角晶粒的IPF

　　相關(guān)研究成果 “Mechanisms of secondary phases formation and resultant mechanical properties of a beta-type Ti-13.3Mo-7.2Al–4Zr-0.25Ni alloy fabricated by laser aided additive manufacturing”發(fā)表在國際知名期刊Materials Science & Engineering A，材料科學(xué)中科院一區(qū)，省科學(xué)院智能制造所畢貴軍研究員為第一通訊作者。該項工作得到了廣東省科學(xué)院建設(shè)國內(nèi)一流研究機構(gòu)行動專項資金項目資助（No. 2016GDASRC-0105)。

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144236

　　(省科學(xué)院智能制造所/供稿）