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激光熔覆Ti-6Al-4V合金在不同腐蚀环境中的腐蚀研究
摘要： 采用与基体相同化学成分的Ti-6Al-4V粉末，在不同激光功率下进行激光熔覆，并研究了激光功率对微观结构和腐蚀行为的影响。通过动电位极化测试在不同腐蚀环境（3.5% NaCl、2% H2SO4和5% HCl溶液）中开展电化学研究。微观结构分析与相表征表明，激光熔覆Ti-6Al-4V涂层由针状马氏体（ɑ'）和共轴六方致密（ɑ）相组成。涂层无裂纹，但在高激光功率制备的涂层中观察到部分孔隙。在所有三种腐蚀环境中，涂层的耐腐蚀性均优于未处理基体。结果显示：在NaCl溶液中腐蚀电位从-410 mV升至-130 mV，在H2SO4溶液中从-50 mV升至-20 mV，但在HCl溶液中从-60 mV降至-270 mV。提高激光功率对NaCl和H2SO4溶液中的腐蚀行为具有积极影响，但对HCl溶液中的腐蚀行为产生负面影响。
关键词： 腐蚀、激光熔覆、Ti-6Al-4V合金、微观结构
更新于2025-09-23 15:23:52
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选择性激光熔化诱导的Ti-6Al-4V八面体桁架点阵材料缺陷实验与数值研究：材料微观结构与形貌变化的影响
摘要： 增材制造技术的显著进步推动了具有超越传统固体力学性能的结构化材料设计。然而，这类材料的实际制备往往会产生工艺诱导缺陷，可能损害其力学与功能性能。本研究通过实验与数值模拟相结合的方法，探究了选择性激光熔融成形的Ti-6Al-4V八面体桁架晶格材料中存在的制造缺陷。我们在特定位置和取向上实验表征了四类制造缺陷（包括表面缺陷、微观结构缺陷、形貌缺陷及材料性能缺陷）。针对已表征的缺陷，采用原子力显微镜与微计算机断层扫描技术组合对材料性能缺陷和形貌缺陷进行统计量化，进而建立包含单个缺陷及其组合的代表性模型。这些模型用于评估对制造缺陷的敏感性。随后通过调节缺陷幅值扩展研究，阐明设计缺陷幅度对晶格材料力学性能的影响机制。
关键词： 机械性能、八面体桁架晶格、增材制造、缺陷、Ti-6Al-4V合金、选择性激光熔化
更新于2025-09-23 15:21:01
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将激光粉末床熔融Ti-6Al-4V中基于衍射的应变与宏观应力相关联
摘要： 激光粉末床熔融（LPBF）生产工艺常导致零件产生较大残余应力（RS）。目前亟需无损检测技术来测定残余应力，但通过衍射技术可靠量化宏观残余应力（即构件层面的应力）仍是重大挑战，因为基于衍射的应变与宏观残余应力之间的关联并非显而易见。本研究通过原位同步辐射衍射实验，确定了LPBF Ti-6Al-4V材料中这种关联。我们将实验结果与常用模型进行对比，以确定所谓的衍射弹性常数（DECs）。研究表明，LPBF材料的衍射弹性常数与锻造合金不同，这源于其微观结构和力学性能的差异。我们还发现，现有模型仅在无需高精度残余应力值时可用于计算衍射弹性常数。若必须考虑微观结构特性（如增材制造材料的情况），则需要采用全新的方法。
关键词： 同步辐射衍射、激光粉末床熔融、残余应力、Ti-6Al-4V合金、衍射弹性常数
更新于2025-09-23 15:21:01
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选择性激光熔化中采用不同激光加工参数制备的Ti-6Al-4V样品的原始表面形貌
摘要： 产品在机械载荷和化学环境下的表面形貌起着至关重要的作用。选区激光熔化（SLM）产品的表面通常具有高粗糙度，且不同平面的粗糙度也存在差异。作者研究了不同激光加工参数组合对SLM试样表面特性的影响，所考虑的加工参数包括能量密度（ED）及其工艺参数——激光功率、扫描速度和层间距。此外，还通过重熔效应进行了对比研究：先采用低能量密度熔化，再采用最佳激光加工参数进行重熔扫描。结果表明，不同激光加工参数会导致表面形貌显著差异。最终，材料的热物理特性（如熔池粘度、熔池热物理稳定性、凝固时间、冷却时间、收缩率、毛细效应、表面张力、球化效应以及粉末颗粒熔化量）与不可预测性共同影响了试样的表面性能。研究还揭示了加工参数与试样垂直壁面因部分熔化粘附粉末颗粒导致微裂纹产生之间的有趣关联。
关键词： Ti-6Al-4V合金，选区激光熔化，激光加工参数，表面形貌，重熔扫描
更新于2025-09-23 15:19:57
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Al2O3添加对激光合成Ti-6Al-4V基Ti-Al2O3涂层硬度及体外腐蚀行为的影响
摘要： 钛合金（Ti-6Al-4V）因其良好的化学和力学性能被广泛用于医疗植入物。然而，该合金在人体环境中耐腐蚀性较低，易释放有毒的钒和铝元素。本研究通过激光熔覆工艺制备了不同氧化铝含量（5wt.%、8wt.%和10wt.%）的Ti-Al2O3涂层，旨在提升Ti-6Al-4V合金的硬度和耐腐蚀性。实验采用900W激光功率、0.6m/min扫描速度及2l/min送粉速率。通过扫描电镜(SEM)、光学显微镜(OPM)、X射线衍射仪(XRD)、维氏硬度计和电化学工作站分别表征涂层的微观结构、相组成、显微硬度及耐蚀性能。结果表明：低氧化铝含量的涂层可实现无缺陷制备；随着氧化铝含量增加，涂层硬度显著提升，其中Ti-10wt.%Al2O3涂层硬度达到基体的约2.2倍。此外，多种Ti-Al2O3复合涂层的激光熔覆使Ti-6Al-4V合金耐腐蚀性大幅提高——Ti-5wt.%Al2O3涂层因孔隙率最低，较基体实现了约81%的腐蚀速率降低和709%的极化电阻提升。证实通过激光熔覆技术在Ti6Al4V表面制备Ti-Al2O3涂层可有效改善其表面硬度和耐腐蚀性能。
关键词： Ti-Al2O3涂层、腐蚀行为、激光熔覆、硬度性能、Ti-6Al-4V合金
更新于2025-09-23 19:12:28
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仿生激光微/纳结构化Ti-6Al-4V合金表面的体外生物活性与生物相容性
摘要： 生物活性和生物相容性对牙科及骨科植入体的成功应用起着关键作用。尽管多数商用植入系统采用不同表面微结构，但能控制骨整合的理想多尺度形貌尚未取得明确结论。受树蛙趾垫皮肤结构的各向同性粘附与蓝闪蝶翅膀鳞片波纹脊的各向异性粘附双重启发，研究者分别通过微秒激光直写和飞秒激光诱导周期性表面结构，在钛合金植入体上制备了包含微六边形阵列与定向纳米波纹的复合微/纳结构，以提升细胞在植入体上的黏附、定向排列与增殖能力。研究测量分析了Ti-6Al-4V光滑表面样品、微六边形结构样品与复合微/纳结构样品在模拟体液中的生物活性差异，以及成骨细胞MC3T3增殖中的生物相容性差异。值得注意的是，仿生微/纳结构在体外实验中展现出最优的生物活性与生物相容性，同时纳米波纹能诱导微六边形区域内的细胞定向排列。这些差异根源在于形貌特征。研究提出利用复合微/纳结构控制钛合金植入体骨整合的创新功能化策略，这对再生医学应用及植入体领域具有重要意义。
关键词： 仿生表面、生物相容性、细胞黏附、飞秒激光、生物活性、细胞排列、Ti-6Al-4V合金、激光诱导周期表面结构
更新于2025-09-19 17:13:59
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Ti-6Al-4V钛合金的水下线材馈送激光沉积
摘要： 首次采用激光沉积喷嘴对Ti-6Al-4V合金进行了水下送丝激光沉积(UWLD)，研究了沉积道外观、几何特征、显微组织及显微硬度。较低气体流速下，残余水的吸收和气溶胶颗粒对激光束的散射导致UWLD不稳定并降低熔融金属润湿性。提高气体流速后，气溶胶颗粒密度降低，激光能量密度增加且熔融金属冷却速率下降，使得UWLD沉积道高度和沉积角减小，同时对应宽度与熔深增大。当气体流速为10 L/min时，沉积金属显微组织上部由粗大板条α相构成，中下部则包含不同尺度的针状马氏体α′相。将气体流速提升至20 L/min时，显微组织主要为针状马氏体并伴少量α相，且马氏体晶粒尺寸更大、织构更强。在20 L/min气体流速下，UWLD Ti-6Al-4V合金沉积过程稳定，获得了无氧化层的均匀沉积道。
关键词： Ti-6Al-4V合金、激光传播机制、微观结构、显微硬度、水下丝基激光沉积、几何特征
更新于2025-09-19 17:13:59
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Ti-6Al-4V钛合金光纤激光焊接接头中铝元素的分布
摘要： 在激光焊接过程中，溶质元素因烧损和熔池流动导致的不均匀分布会影响接头质量。本文采用4千瓦光纤激光器对3毫米厚的Ti-6Al-4V试样进行不同铝硅粉预设比例的对接焊实验，研究了铝溶质元素的分布及其对最终焊缝显微组织和力学性能的影响。结果表明：铝元素的自扩散与熔池流动共同影响激光焊接中的合金元素分布。添加90%铝粉+10%硅粉的焊缝显微硬度显著高于纯Ti-6Al-4V焊缝，差值约130HV。同时该复合焊缝中的针状α'相尺寸更细小，并呈现篮织状组织。本研究有助于深入理解Ti-6Al-4V合金激光焊接过程中铝溶质元素的分布规律及其对接头质量的影响，为改善该合金激光加工时的焊缝或表面性能提供了参考依据。
关键词： Ti-6Al-4V合金、结构形貌、激光焊接、元素分布、显微硬度
更新于2025-09-16 10:30:52
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直接激光沉积制备的Ti-6Al-4V试样的结构与相组成
摘要： 本文对采用直接激光沉积法获得的样品进行了X射线相分析。研究了两组样品：第一组是在激光辐射振荡条件下获得的，第二组则未采用振荡。研究表明，在直接激光沉积过程中，经激光辐射振荡处理的Ti-6Al-4V钛合金会形成α+β相。
关键词： 高速直接激光沉积、钛合金、X射线分析、激光辐射振荡、Ti-6Al-4V合金、微观结构
更新于2025-09-16 10:30:52
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原位X射线表征研究热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V拉伸行为的影响
摘要： 选择性激光熔化制备的Ti-6Al-4V（原始SLMed态）经730°C（HT-730）或900°C（HT-900）热处理2小时后，表现出屈服强度降低、加工硬化能力增强和塑性提高的特性。为探究力学性能变化机制，采用原位高能X射线衍射（HEXRD）技术分析了三种试样的相组成、载荷分配、滑移系活性及位错密度演变规律。原始SLMed态试样以马氏体α?相为主，热处理后α?相部分或完全分解为α+β相导致屈服强度下降。HT-730态中尺寸受限的β析出相在变形时呈现比α?/α基体更高的晶格应变；而HT-900态中这种晶格应变差异基本消除，这是其塑性提升的主要原因。通过晶格应变发展分析确认基面滑移是α?/α相中最易激活的滑移系?；诘苄宰郧ⅲ‥PSC）模型估算得出，原始SLMed态与HT-900态试样中柱面滑移与基面滑移的临界分切应力比（CRSSprismatic/CRSSbasal）分别为1.31和1.16。HT-900态α相在塑性变形过程中能激活更多滑移系并积累更多位错，这解释了其具有最高加工硬化率的现象。
关键词： 原位X射线衍射、拉伸变形、Ti-6Al-4V合金、选择性激光熔化
更新于2025-09-16 10:30:52