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生物可降解镁合金WE43的激光增材制造：微观结构详细分析
摘要： WE43是一种以钇和钕为主要合金元素的镁合金，已成为成熟的生物可降解植入材料。该合金植入物通常通过粉末挤压及后续机加工制成，但对于更复杂的几何结构，激光粉末床熔融（LPBF）技术展现出良好应用前景。然而该工艺涉及的熔池凝固过程中极高冷却速率及后续热处理会引发显微组织剧烈变化，这种变化对力学性能和降解行为的影响机制尚不明确。本研究通过对比LPBF制备的WE43与铸造WE43，重点采用电子显微镜成像、基于能量色散X射线光谱的化学元素分布分析并结合电子衍射进行相鉴定，系统研究了LPBF工艺诱导的显微组织演变。我们识别出多种显微组织类型：激光熔池中心存在等轴晶区，熔池边界则呈现层状区和部分熔化区。层状区由沿镁基面排列的枝晶状层状结构组成，其间分布着富钕纳米级金属间化合物相。这些相表现为由Mg3Nd构成的球形颗粒和位于镁柱面、由Mg41Nd5形成的片状结构。钇元素既以固溶体形式存在，也存在于源自粉末颗粒表壳的氧化颗粒中。由于后续激光扫描对层状区的热影响，在显著晶粒生长后块体材料中形成了强织构特征。
关键词： 快速凝固、微观结构、骨支架、电子显微镜、可生物降解植入物、WE43合金、激光粉末床熔融、镁
更新于2025-11-21 11:20:48
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Ni-Cr-Si合金快速凝固过程中微观结构形成的原位与非原位表征——面向激光增材制造的合金设计
摘要： 基于激光束的沉积方法（如激光熔覆或金属增材制造）可提升材料的性能、可靠性与品质，因此其应用高度依赖于对化学成分、快速凝固工艺条件与最终微观结构特征之间关系的理解。本研究采用液滴快速凝固技术，探究了四种镍铬硅合金的相形成规律随冷却速率和化学成分的变化关系。通过X射线衍射、扫描电子显微镜及原位同步辐射微束X射线衍射等手段，揭示了快速凝固组织的存在状态及其演化过程。研究结果还与标准激光沉积试验进行了对比分析。原位微束衍射表明：由于快速冷却作用及铬、硅含量的增加，亚稳态高温硅化物会保留在最终微观结构中。相较于无序固溶体，金属间化合物具有更迟缓的界面动力学特性，因此在高冷却速率下，反常共晶组织会取代常规层状组织成为主导结构。这些快速凝固实验获得的微观结构与激光涂层生成的微观结构相似，证实该快速凝固测试方法能对适用于激光束加工技术的合金进行快速预筛选。
关键词： 镍铬硅、激光涂层、快速凝固、反常共晶
更新于2025-09-23 15:21:01
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原子探针断层扫描技术在激光增材制造样品复杂微观结构中的应用
摘要： 增材制造（AM）技术已在从生物医学到航空航天等多个工业领域获得日益广泛的关注。该技术不仅用于原型制作，还应用于模具制造及最终零部件生产。这种计算机控制的逐层堆叠工艺提供了更大的设计自由度，几乎能够制造任何形状的部件。其额外优势包括潜在的资源效率提升、产品定制化程度提高以及轻量化设计。两种主流的金属激光增材制造（LAM）技术是激光粉末床熔融（LPBF）和激光金属沉积（LMD）。在LPBF工艺中，聚焦激光束扫描填充金属粉末的粉床，局部熔化并融合粉末以制造全致密金属部件，随后铺展新粉层并再次进行激光扫描。LMD则是基于喷嘴的增材制造工艺，通过聚焦激光束在构建表面形成熔池，再经喷嘴向熔池注入金属粉末，通过喷嘴/激光组件逐道次、逐层向前移动来构建三维部件。 LAM制造的金属材料具有独特的热历史：材料最初在熔池中从液态快速冷却，随后在LAM过程中因相邻轨迹及后续层沉积而经历循环再加热（即所谓本征热处理IHT）。这种热历史导致的后果极为复杂，有时会形成从纳米到毫米尺度存在不均匀性的层级微观结构。要全面理解和表征这些微观结构极具挑战性，需要综合运用从光学显微镜（LOM）到电子显微镜直至原子探针断层扫描（APT）等覆盖相似尺度范围的技术手段。本文通过实例展示APT如何提供复杂微观结构的关键信息，以深入理解不同金属合金中的本征热处理、快速凝固及相分离现象，具体包括钢、铝/镍基高温合金以及高熵合金（HEA）的案例分析。
关键词： 激光增材制造，增材制造，相分离，微观结构，原子探针断层扫描，快速凝固，本征热处理
更新于2025-09-23 15:19:57
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激光重熔Mg-3Nd-1Gd-0.5Zr合金的晶粒细化
摘要： 基于激光的增材制造中，高冷却速率和陡峭的热梯度通常有利于柱状晶的形成。本文研究表明，通过激光表面重熔可在Mg-3Nd-1Gd-0.5Zr（EV31）合金中获得细小、完全等轴的晶粒。熔池中的晶粒尺寸从74微米显著细化至3.5微米，这归因于生长限制效应——即凝固过程中Zr溶质形成的成分过冷与激光表面重熔施加的高冷却速率共同作用的结果。这一新发现可用于控制增材制造应用中的晶粒形态及合金设计。
关键词： 凝固组织、晶粒细化、激光处理、镁合金、快速凝固
更新于2025-09-23 15:19:57
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采用超高速等离子旋转电极工艺制备Ti6Al4V粉末的选择性激光熔化技术简介
摘要： 本研究采用超高速等离子旋转电极法制备了Ti6Al4V球形粉末，其粒度呈对数正态分布。通过本研究建立的模型成功测定了粉末平均直径，表明粒度分布主要受旋转速度影响。随着旋转速度ω变化，粒度分布的对数正态分布因子保持稳定。该粒度分布表明超高速等离子旋转电极法下Ti6Al4V的主要雾化模式具有直接液滴形成的特征。通过选择性激光熔化Ti6Al4V粉末制备的样品力学性能测试显示，这种具有各向同性结构的Ti6Al4V样品表现出高强度和良好延展性。
关键词： 雾化、Ti6Al4V、选择性激光熔化、快速凝固、粒度分布、等离子旋转电极工艺
更新于2025-09-16 10:30:52
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激光功率和沉积环境对直接激光金属沉积12CrNi2钢显微组织和性能的影响
摘要： 采用直接激光金属沉积技术，在大气环境和氩气?；で皇伊街殖粱肪诚拢直鹨运闹植煌す夤β手票噶?2CrNi2钢块体。结果表明：显微组织和力学性能受激光功率影响显著。提高激光功率并在氩气腔室中沉积可减少孔隙数量和尺寸，从而提升试样延伸率。随着激光功率增加，贝氏体组织逐渐被魏氏体铁素体和珠光体取代，先共析铁素体含量增多。高激光功率下前序沉积层的显微组织会发生完全转变，过大热输入产生的过量热积累会使先前沉积层形成等轴铁素体晶粒与珠光体混合组织。沉积试样硬度从底层至顶层逐渐升高。使用光斑直径2 mm的二极管激光器时，900 W激光功率适合制备无裂纹和无孔隙试样，但需通过后续热处理才能获得均匀理想的显微组织和晶粒尺寸。
关键词： 快速凝固、微观组织、力学性能、等轴铁素体、直接激光金属沉积、孔隙、贝氏体、钢
更新于2025-09-12 10:27:22