中国有色金属学报2024,Vol.34Issue(9) :2831-2856.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2024-44838

粉末床熔融式增材制造钛合金研究进展及应用

Research status and application of powder bed fusion additive manufactured titanium alloys

毛雅梅 赵秦阳 耿纪华 刘燮 陈永楠 张凤英 徐义库 宋绪丁 赵永庆
中国有色金属学报2024,Vol.34Issue(9) :2831-2856.DOI:10.11817/j.ysxb.1004.0609.2024-44838

粉末床熔融式增材制造钛合金研究进展及应用

Research status and application of powder bed fusion additive manufactured titanium alloys

毛雅梅 1赵秦阳 1耿纪华 1刘燮 1陈永楠 1张凤英 1徐义库 1宋绪丁 2赵永庆3
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作者信息

  • 1. 长安大学 材料科学与工程学院,西安 710064
  • 2. 长安大学 工程机械学院,西安 710064
  • 3. 长安大学 材料科学与工程学院,西安 710064;西北有色金属研究院,西安 710016
  • 折叠

摘要

钛及其合金的粉末床熔融式(PBF)增材制造技术因具有定制制造、成本节约和时间优化等优势,在航空以及生物医学领域备受关注.但在PBF制造钛合金时,多种因素如热导率低、热积累、氧化敏感性及快速冷却引起的热应力共同导致成形件缺陷、组织差异、性能不稳定与质量参差不齐等问题.因此,本文通过调研PBF技术中的激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,L-PBF)和电子束粉末床熔融(Electron beam powder bed fusion,EB-PBF)技术原理,讨论PBF增材制造钛合金微观组织特征、力学性能、耐腐蚀性能、耐磨损性能与生物相容性的特点;同时,聚焦成形过程中的缺陷形成机理及影响,提出缺陷消除方法;最后,展望两种技术的未来发展方向,为促进创新钛合金增材制造提供新的研究思路.

Abstract

Powder Bed Fusion(PBF)of titanium and its alloys,an additive manufacturing technique,is garnering significant attention in the aerospace and biomedical fields due to its advantages in customized manufacturing,cost savings,and optimization of time.However,when manufacturing titanium alloys using PBF technique,multiple factors such as low thermal conductivity,thermal accumulation,sensitivity to oxidation,and thermal stresses caused by rapid cooling led to issues like defects in the formed parts,structural heterogeneity,instability in performance,and inconsistent quality.Therefore,this paper investigates the principles of Laser Powder Bed Fusion(L-PBF)and Electron Beam Powder Bed Fusion(EB-PBF)within the PBF technique,discusses the characteristics of the microstructure,mechanical properties,corrosion resistance,wear resistance,and biocompatibility of titanium alloys produced by PBF,focuses on the mechanisms of defect formation and their impact during the forming process,and proposes methods to eliminate these defects.Finally,it looks forward to the future development of both technologies with the aim of fostering new research avenues in innovative titanium alloy additive manufacturing.

关键词

钛合金/增材制造/粉末床熔融/微观组织/性能/缺陷/应用

Key words

titanium alloys/additive manufacturing/powder bed fusion/microstructure/properties/defects/application

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基金项目

国家自然科学基金资助项目(52371092)

陕西省重点研发计划资助项目(S2021-LLRH-JB-JC-3-0001)

陕西省秦创原"科学家+工程师"队伍建设项目(2024QCY-KXJ-107)

冲击与冲击材料国家重点实验室项目(6142902220202)

西安市"科学家+工程师"队伍建设项目(23KGDW0020-2023)

出版年

2024
中国有色金属学报
中国有色金属学会

中国有色金属学报

CSTPCDCSCD北大核心
影响因子:1.108
ISSN:1004-0609
参考文献量144
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