背景介紹：

增材制造(AM)和減材制造(SM)兩種功能集成于一個平臺，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的自動化和高效生產(chǎn)。通過將增材制造的設(shè)計(jì)靈活性與減材制造的高加工精度相結(jié)合，ASHM在復(fù)雜部件的一體化制造、高性能應(yīng)用和小規(guī)模定制等方面顯示出巨大潛力。Inconel 718(IN718)是一類因其優(yōu)異的高溫性能而被廣泛認(rèn)可的鎳基高溫合金。此外，IN718亦體現(xiàn)優(yōu)異的耐腐蝕性，使其非常適合海洋工業(yè)中的極端環(huán)境，例如海上風(fēng)力發(fā)電設(shè)施的固定組件和錨固系統(tǒng)及海上石油開采設(shè)備的測井和鉆井工具。優(yōu)異的耐腐蝕性大大擴(kuò)展了IN718的應(yīng)用范圍，但AM制造的IN718的耐腐蝕性往往不如鍛造和軋制的IN718，這使得使用AM及ASHM制備用于船舶工業(yè)的IN718具有非常大的挑戰(zhàn)性。

基于上述背景，為了進(jìn)一步提高AM制備的IN718合金的耐腐蝕性以及探究ASHM制備的IN718在海洋環(huán)境中的腐蝕行為，哈爾濱工業(yè)大學(xué)黃永江教授團(tuán)隊(duì)與英國皇家工程院院士、香港大學(xué)顏慶云教授、埃里希·施密德材料科學(xué)研究所的所長Eckert教授以及?opu博士、西安交通大學(xué)張琦教授合作，通過顯微組織、殘余應(yīng)力、電化學(xué)和X射線光電子能譜分析，系統(tǒng)研究了AM和ASHM制備的IN718高溫合金在室溫和高溫銑削下的鈍化膜特性和腐蝕行為，闡明了ASHM制備的IN718在3.5 wt% NaCl溶液中的腐蝕機(jī)理，為ASHM制備的IN718在海洋環(huán)境中的高效應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。論文共同第一作者是劉昌煜博士生和呂陽博士生。相關(guān)論文以題為“The corrosion behaviors of Inconel 718 fabricated by additive-subtractive hybrid manufacturing in marine environment”刊登在腐蝕領(lǐng)域國際頂級期刊Corrosion Science上。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113133 

IN718高溫合金的增減材復(fù)合制造：(a) ASHM制備過程的示意圖，(b) AM樣品外觀，(c) HTM(高溫銑削)樣品外觀，(d) RTM(室溫銑削)樣品外觀。

三組IN718高溫合金的電子背散射衍射數(shù)據(jù)：(a)~(c)分別為AM、HTM和RTM樣品的反極圖譜，(d)~(f)分別為AM、HTM和RTM 樣品的邊界對比圖譜，(g)~(i)分別為 AM、HTM和RTM樣品的晶粒尺寸統(tǒng)計(jì)圖。

 三組IN718高溫合金樣品在距表面不同距離處的透射電子顯微鏡圖像：(a1)~(a2) AM樣品，(b1)~(b2) HTM樣品，(c1)~(c2) RTM樣品，(a1、b1、c1) 距表面25μm處，(a2、b2、c2) 距表面50μm處。圖(b1)中的插圖為所標(biāo)記區(qū)域?qū)?yīng)的選區(qū)電子衍射(SAED)圖。

AM、HTM和RTM高溫合金表面的XRD圖譜及殘余應(yīng)力分布情況：(a) XRD圖譜，(b)~(d) 殘余應(yīng)力分布情況。

 AM、HTM和RTM高溫合金經(jīng)過3.5wt%的NaCl溶液的電位動力學(xué)極化后的腐蝕形態(tài)：(a) AM樣品，(b) HTM樣品，(c) RTM樣品。

 AM、HTM和RTM高溫合金樣品在3.5wt%的NaCl溶液中浸泡60分鐘后的EIS結(jié)果：(a) Nyquist圖譜，(b) Bode圖譜。

 AM、HTM和RTM高溫合金樣品在3.5wt%的NaCl溶液中浸泡24小時后的Mott-Schottky和供體密度(N_D)擬合結(jié)果：（a）Mott-Schottky圖譜，（b）N_D擬合結(jié)果。

 AM、HTM和RTM高溫合金樣品在3.5wt%的NaCl溶液中經(jīng)過36 小時的浸泡所形成的鈍化膜中 Ni、Fe、Cr、Mo、Nb和O元素的X射線光電子能譜(XPS)擬合結(jié)果：(a1)~(a6) AM樣品，(b1)~(b6) HTM樣品，(c1)~(c6) RTM樣品，(a1)~(c1) Ni 2p，(a2)~(c2) Fe 2p，(a3)~(c3) Cr 2p，(a4)~(c4) Mo 3d，(a5)~(c5) Nb 3d，(a6)~(c6) O 1s。

AM、HTM和RTM樣品的鈍化膜中陽離子和金屬元素的占比情況。

 三組IN718樣品的鈍化膜中不同元素的深度分布情況：(a) AM樣品，(b) HTM樣品，(c) RTM樣品。

全文總結(jié)：

考慮到ASHM工藝中常見的兩種SM情況，即冷卻后銑削(室溫銑削，RTM)和AM后立即帶溫銑削(高溫銑削，HTM)，本文系統(tǒng)探究了采用AM工藝制造的 IN718高溫合金以及采用高溫(HTM)和室溫銑削(RTM)工藝制造的ASHM工藝 IN718高溫合金的鈍化膜特性及腐蝕行為，探明了ASHM 工藝制造的IN718高溫合金在 3.5wt%NaCl溶液中耐腐蝕性增強(qiáng)的機(jī)制。主要結(jié)論如下：

• 采用ASHM工藝制造的IN718高溫合金的耐腐蝕性優(yōu)于采用AM工藝制造的IN718樣品。經(jīng)過銑削處理后，鈍化膜中的氧化物含量增加，膜的密度和化學(xué)穩(wěn)定性也有所提高。

• 晶界密度的顯著增加是ASHM工藝制造的IN718高溫合金腐蝕性能改善的關(guān)鍵因素。與AM和HTM樣品相比，RTM樣品具有最高的晶界密度、最厚的鈍化膜和最少的缺陷，從而具有最佳的耐腐蝕性。

• 在殘余拉應(yīng)力作用下，AM樣品在極化后出現(xiàn)了明顯的應(yīng)力腐蝕開裂。在銑削過程中，對HTM和RTM樣品表面施加的殘余壓應(yīng)力不僅消除了AM樣品表面附近的冶金缺陷，且抑制了裂紋傳播。

展望：

與傳統(tǒng)的增材制造相比，增減材復(fù)合制造技術(shù)制備的IN718高溫合金的獲得了顯著細(xì)化的微觀結(jié)構(gòu)和更為優(yōu)異的表面完整性，從而具有更為優(yōu)異的耐腐蝕性。它還通過減少后處理需求并提高了構(gòu)件的尺寸精度，在成本效益和生產(chǎn)效率方面體現(xiàn)顯著優(yōu)勢，在制造高性能 IN718 零件方面顯示出良好的潛力，未來有望應(yīng)用于航空航天、海洋以及其他需要優(yōu)異力學(xué)性能和耐腐蝕性能的領(lǐng)域。