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材料工程 2025年第3期53卷 95-104页

作者：王洋冉先喆苏磊孔德智博程序李卓刘栋北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 北京航空航天大学宁波创新研究院浙江宁波315800 中国航空技术国际控股有限公司北京100027 北京航空航天大学前沿科学技术创新研究院北京100191

未来高推重比先进航空发动机的发展对新型高性能轻质高温压气机整体叶盘需求迫切。激光增材制造TC25GTiAl4822双金属梯度结构材料作为轻质高压压气机整体叶盘备选的一种重要材料体系,其梯度过渡层合金的成分选择和凝固组织研究对指导相... 详细信息

未来高推重比先进航空发动机的发展对新型高性能轻质高温压气机整体叶盘需求迫切。激光增材制造TC25GTiAl4822双金属梯度结构材料作为轻质高压压气机整体叶盘备选的一种重要材料体系,其梯度过渡层合金的成分选择和凝固组织研究对指导相关构件结构性能设计具有关键影响。为理解(1-x)TC25G-xTiAl4822梯度成分合金随粉末原料中TiAl4822预合金粉末含量变化而出现的凝固组织演变行为,利用激光快速熔炼技术制备了两种单一原料(TC25G和TiAl4822)成分合金锭和9种混合原料成分合金锭,并采用光镜、扫描电镜、XRD和透射电镜等材料表征设备和硬度测量装置进行研究。研究结果表明:随原料中TiAl4822合金粉末含量的增加,合金凝固晶粒特征变化为树枝晶→等轴晶→树枝晶。合金室温显微组织发生如下的转变:α_(p)+α_(s)+β+α_(2)→α_(p)+α_(s)+α_(2)+β/B2→α+α_(2)+β/B2→α_(2)+B2→γ+γ/α_(2)+B2→γ+γ/α_(2);由于不同成分合金中的相类型和含量变化,合金维氏硬度值呈先增加后减小的变化趋势,且在粉末比例为50%~70%时具有极大突变,硬度由620HV降到450HV。上述相关研究结果为双金属过渡层合金的成分选择需避开中间比例粉末含量范围提供了基础依据。

关键词：激光熔炼技术梯度成分合金凝固组织相演变硬度转变

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基于铜合金表面预处理的激光增材制造铜/镍异种金属制备研究

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中国激光 2025年第4期 170-182页

作者：姚讯杰朱言言韩曦杨俊伟陈龙王馨仪王华明北京航空航天大学材料科学与工程学院北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室

铜/镍异种金属能够集高导热、高强度、高可靠、低成本等优点于一体，是新一代液体火箭发动机燃烧室材料的最佳选择之一。相比于传统的制备技术，增材制造技术适合制备该类异种金属材料（在CuCrZr基板上采用激光定向能量沉积增材制造技... 详细信息

铜/镍异种金属能够集高导热、高强度、高可靠、低成本等优点于一体，是新一代液体火箭发动机燃烧室材料的最佳选择之一。相比于传统的制备技术，增材制造技术适合制备该类异种金属材料（在CuCrZr基板上采用激光定向能量沉积增材制造技术制备GH4169），但目前面临的主要难题是：铜合金对激光的反射率高，并且铜、镍两种合金的物理性能差异过大，难以实现无缺陷的冶金结合及稳定的工艺制造。本文系统研究了在经表面预处理的CuCrZr基板上采用激光定向能量沉积技术制备GH4169的工艺以及界面的组织性能调控，开发了先表面预处理再增材制造的工艺，该工艺解决了铜合金高反射率以及界面冶金缺陷的问题。本研究探索了CuCrZr/GH4169异种金属增材制造界面的晶粒形貌、组织、成分以及力学性能。结果表明：热喷涂工艺制备的GH4169合金涂层在单道熔覆实验中能够实现铜合金与镍基高温合金的无缺陷结合；采用热喷涂和优选增材制造工艺参数制备出了CuCrZr/GH4169异种金属块状试样，其内部质量可以达到GJB 1580A—2004标准规定的AA级；该异种金属试样的结合区包括柱状晶区、过渡区、Cu元素扩散区，其沿着沉积方向试样的抗拉强度为280 MPa±4.24 MPa，断后延伸率为16%±2.12%，拉伸试样断裂于铜合金一侧。

关键词：激光定向能量沉积表面预处理铜/镍异种金属

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激光增材制造DD98M高温合金组织及稳定性研究

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稀有金属材料与工程 2019年第5期48卷 1615-1622页

作者：庞小通程序田象军汤海波北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ’相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ’相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外... 详细信息

采用激光增材制造技术制备了DD98M镍基高温合金管状试样,研究了其沉积态、固溶时效态和长期时效态微观组织变化,对比分析了沉积态和固溶时效态试样中γ’相尺寸分布及在1000℃长期时效时γ’相的演化规律。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的微细柱晶组成,枝晶间无γ-γ’共晶组织析出,试样中γ’相体积分数约为70%。合金中元素微偏析造成了枝晶干和枝晶间γ’相尺寸差异,其中枝晶干处为210 nm,枝晶间为560 nm。经固溶时效处理后,γ’相(约370 nm)均匀分布在γ基体上,其尺寸分布符合LSW模型。经1000℃长期时效500 h后,合金组织中无TCP相(拓扑密排相)生成,γ’相仍保持立方形貌,其尺寸几乎保持不变。固溶时效处理后,合金显微硬度从沉积态时的4420 MPa增加至4870 MPa,长期时效能降低合金硬度,降幅约5.9%。

关键词：激光增材制造镍基高温合金组织长期时效 γ’相的粗化

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基于熔池原位冶金的电弧增材制造Al-Cu-Li合金显微组织与硬度

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金属学报 2024年第5期60卷 661-669页

作者：黎康杰孙泽羽何蓓田象军北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、... 详细信息

随着航空航天领域对大型轻量化构件的需求日益增加,研发新型Al-Li合金制备技术能够提升制造效率,减轻构件重量。本工作采用一种Al-Cu合金丝材与Al-Li二元合金粉末同步输送的电弧增材制造方法,成功制备了Al-Cu-Li合金试样。利用OM、SEM、XRD、TEM和Vickers硬度仪对试样的晶粒形貌、物相组成进行表征并测量硬度。结果表明,电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样由10~20μm的细小等轴晶组成,且晶界处存在半连续网状共晶θ(Al_(2)Cu)相。增材制造热循环作用还会导致晶界附近析出T_(B)(Al_(7)Cu_(4)Li)相与T_(1)(Al_(2)CuLi)相。T_(1)相主要分布于试样的中部及底部,且随着增材制造热循环次数的增加T_(1)相含量呈上升趋势,试样底部的T_(1)相含量最高。电弧增材制造Al-Cu-Li合金沉积态试样的最大硬度为126.7 HV_(0.1),略高于其他电弧增材制造2219 Al-Cu合金,这主要得益于细小的等轴晶组织以及热循环的作用下所产生的T_(1)相。

关键词： Al-Li合金电弧增材制造显微组织硬度

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激光增材制造AlMoxNbTayTiZr难熔高熵合金的高温抗氧化性能

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材料工程 2024年第7期52卷 33-43页

作者：张智博李卓苏冰申春杰任鹏吉北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能,但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr四种难熔高熵合金,测试其在900℃和1000℃两种温度... 详细信息

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能,但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr,AlMoNbTiZr,AlMoNbTaTiZr和AlMo_(0.5)NbTa_(0.5)TiZr四种难熔高熵合金,测试其在900℃和1000℃两种温度下的氧化增重情况并研究不同试样的氧化层结构,对比分析Mo,Ta两种元素对AlNbTiZr基难熔高熵合金高温抗氧化性能的影响。结果表明:激光增材制造制备的四种高熵合金沉积态均为BCC+HCP双相结构,枝晶干以高熔点BCC相为主,少量富含Al,Zr元素的HCP相分布在枝晶间;四种高熵合金在900℃与1000℃长时间氧化时AlNbTaTiZr表现出最佳的抗氧化性,以Ta替代Mo在一定程度上提升了难熔高熵合金的抗氧化性能。

关键词：难熔高熵合金激光增材制造微观组织高温氧化

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激光增材制造TC11钛合金的耐蚀性研究

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中国激光 2016年第4期43卷 75-81页

作者：何博文冉先喆田象军王华明北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心北京100191 大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心北京100191

采用浸泡和电化学腐蚀测试方法,研究了激光增材制造TC11钛合金在盐酸溶液中的耐蚀性,利用扫描电镜分析了腐蚀前后合金表面的微观形貌。结果表明:激光增材制造TC11钛合金中α相所含Mo元素较少,易于发生选择性优先溶解;在盐酸溶液中,随浸... 详细信息

采用浸泡和电化学腐蚀测试方法,研究了激光增材制造TC11钛合金在盐酸溶液中的耐蚀性,利用扫描电镜分析了腐蚀前后合金表面的微观形貌。结果表明:激光增材制造TC11钛合金中α相所含Mo元素较少,易于发生选择性优先溶解;在盐酸溶液中,随浸泡时间的延长,开路电位先降低后逐步升高,电荷转移电阻Rct先急剧下降后逐渐保持稳定,自腐蚀电流密度icorr升高;激光增材制造TC11钛合金α+β网篮组织较锻件双态组织细小,具有更好的耐蚀性;双重退火热处理后,α相含量增多并粗化,耐蚀性略有下降。

关键词：激光技术激光增材制造 TC11钛合金盐酸耐蚀性

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激光熔覆Cr_3Si/g多相涂层耐蚀性和耐磨性研究

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中国激光 2016年第3期43卷 66-72页

作者：徐金涛李安刘栋王华明北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心北京100191 大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心北京100191

以高纯Cr、Ni、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti表面原位合成制备金属硅化物涂层,分析涂层微观组织结构并测量其显微硬度。采用阳极极化方法评价涂层在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中的电化学耐蚀性。在室温滑动... 详细信息

以高纯Cr、Ni、Si粉末为原料,采用激光熔覆技术在奥氏体不锈钢1Cr18Ni9Ti表面原位合成制备金属硅化物涂层,分析涂层微观组织结构并测量其显微硬度。采用阳极极化方法评价涂层在质量分数为3.5%的Na Cl溶液中的电化学耐蚀性。在室温滑动干磨条件下评价其耐磨性,以失重表征耐磨性。利用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)等手段从显微角度研究涂层的失效行为。结果表明,涂层具有致密的微观多相结构,以Cr_3Si二元金属硅化物为硬质增强相,以Ni基固溶体γ相为塑性增韧基体相。涂层表现出更高的显微硬度。在3.5%Na Cl溶液中涂层形成抗点蚀性能优异的钝化膜,使其具有优异的电化学耐蚀性能。在室温滑动干磨条件下涂层拥有更小的失重以及更稳定的摩擦系数,能够与对磨副GCr15发生更少的粘着,从而表现出优异的耐磨性。

关键词：激光技术激光熔覆原位合成耐蚀性耐磨性

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激光增材制造AF1410超高强度钢组织与力学性能研究

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中国激光 2016年第4期43卷 53-59页

作者：王志会王华明刘栋北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191 国防科技工业激光增材制造技术研究应用中心北京100191 大型整体金属构件激光直接制造教育部工程研究中心北京100191

采用激光增材制造技术制备了AF1410超高强度钢厚板试样,采取均匀化热处理和AF1410钢传统热处理工艺相结合的热处理制度。分析了其沉积态和热处理后的微观组织、硬度及室温拉伸性能变化。结果表明:激光增材制造的沉积态AF1410超高强度钢... 详细信息

采用激光增材制造技术制备了AF1410超高强度钢厚板试样,采取均匀化热处理和AF1410钢传统热处理工艺相结合的热处理制度。分析了其沉积态和热处理后的微观组织、硬度及室温拉伸性能变化。结果表明:激光增材制造的沉积态AF1410超高强度钢试样组织表现出定向凝固的特征,硬度约为360 HV;经热处理后,试样中定向胞状凝固组织消失,组织细化,获得细小的回火马氏体组织,硬度达到510 HV左右,室温屈服强度和抗拉强度分别达到1490 MPa和1610 MPa,延伸率和断面收缩率分别为12.8%和70%。

关键词：光学制造激光增材制造 AF1410超高强度钢显微组织力学性能

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激光直接沉积TA2/TA15梯度材料弯曲性能的有限元模拟

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中国激光 2020年第12期47卷 108-118页

作者：胡悦刘莎莎程序刘栋北京航空航天大学材料科学与工程学院大型金属构件增材制造国家工程实验室北京102206 煜鼎增材制造研究院有限公司北京100025

采用激光直接沉积技术制备TA2/TA15梯度材料,研究了该梯度材料的显微组织演变及弯曲性能,并通过有限元模拟重点探讨了弯曲过程中梯度过渡区不同成分合金的应力-应变行为。结果表明:由底部TA15合金向上过渡至TA2合金时,微观组织由网篮α... 详细信息

采用激光直接沉积技术制备TA2/TA15梯度材料,研究了该梯度材料的显微组织演变及弯曲性能,并通过有限元模拟重点探讨了弯曲过程中梯度过渡区不同成分合金的应力-应变行为。结果表明:由底部TA15合金向上过渡至TA2合金时,微观组织由网篮α+β相逐渐向单相α相过渡,合金元素种类和β相体积分数逐渐减少,α相体积分数逐渐增加。随着Al元素含量增加,显微硬度增大,抗弯强度由964 MPa增大至2156 MPa。有限元应力场模拟结果表明,试样在弯曲变形过程中,顶部受到压应力作用,底部受到拉应力作用。与TA15试样相比,Al元素含量减少会降低梯度材料的抗弯强度,但会大幅提升其塑性能力,并实现应力均匀过渡。在所有的试样中,GZ-3试样的综合性能最优。

关键词：激光技术 TA2/TA15梯度材料微观组织弯曲性能有限元模拟

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激光增材连接 TA15 钛合金显微组织及力学性能研究

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中国激光 2023年第16期50卷 213-220页

作者：牟建伟于传军汤海波张述泉朱言言田象军沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110031 北京航空航天大学大型金属构件增材制造国家工程实验室北京100191

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明:激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β... 详细信息

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造,开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备,分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明:激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好,连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶,显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线,但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试,并与母材本体的相应性能进行了对比,发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%,结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm^(2)和78.2 MPa·m^(1/2)。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。

关键词：激光技术激光增材连接激光增材制造显微组织力学性能钛合金

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