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腐蝕頂刊：發(fā)現(xiàn)鈍化膜可誘導織構金屬電化學活性各向同性！

2020-12-08 12:19:10 作者：材料科學與工程來源：材料科學與工程分享至：

實現(xiàn)大型復雜結構的一體化成形是飛機減重的重要思路。高沉積速率激光立體成形（high-deposition-rate laser solid forming, HDR-LSF）—電解加工（electro chemical machining）復合制造技術可實現(xiàn)金屬高性能大型復雜整體結構的高效率、低成本、輕量化制造，在航空發(fā)動機大型整體結構制造中應用前景廣闊。HDR-LSF凝固條件的顯著變化，會直接改變沉積態(tài)組織的織構特征，并通過影響電解加工過程中的電化學活性，影響加工精度。因此，亟待開展相關研究，明晰HDR-LSF組織的織構演化規(guī)律，闡明晶體學織構對鈍化金屬電化學活性的作用機理，為提升我國航空發(fā)動機制造水平奠定基礎。

近日，青島理工大學山東省增材制造工程技術研究中心郭鵬飛副教授，聯(lián)合西北工業(yè)大學林鑫教授團隊和南京航空航天大學曲寧松教授團隊，針對航空發(fā)動機用鎳基高溫合金典型牌號Inconel718合金（國內(nèi)牌號為GH4169），開展HDR-LSF實驗，基于激光熔池形貌及溫度場數(shù)值模擬，揭示高沉積速率條件下沉積態(tài)組織織構的演化規(guī)律；觀察鈍化膜的原子尺度結構、成分特征，利用點缺陷模型（Point Defect Model）理論，闡明鈍化膜誘導沉積態(tài)試樣電化學活性各向同性的作用機理。相關論文以題為“Passive behavior of nickel-based superalloys prepared by high-deposition-rate laser solid forming additive manufacturing”發(fā)表于腐蝕領域頂刊Corrosion Science。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2020.109036

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本研究涉及的激光立體成形技術沉積速率高達1.2kg/h。EBSD結果顯示， HDR-LSF Inconel 718合金具有較弱的（001）纖維織構。根據(jù)CET模型理論，通過對激光立體成形過程中的溫度場進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)與傳統(tǒng)的激光立體成形相比，HDR-LSF激光熔池的溫度梯度小了近一個數(shù)量級，這在一定程度上降低了激光熔池的外延生長效應。另外，HDR-LSF過程中，熔池熔合線的大曲率以及交錯掃描策略，使得熔池內(nèi)部不同位置以及層與層之間的溫度梯度方向差異明顯，促進了柱狀枝晶的競爭生長，弱化了其織構強度。

圖1.高沉積速率激光立體成形Inconel718合金（a-d）豎直截面和（e-h）水平截面上的EBSD圖

圖2.Inconel 718合金在高沉積速率激光立體成形和傳統(tǒng)激光立體成形過程中激光熔池的（a-d）溫度場分布和（e-h）溫度梯度分布

圖3.Inconel 718合金的凝固組織選擇圖譜

電化學測試結果顯示，沉積態(tài)Inconel718合金的鈍化電流和穩(wěn)態(tài)鈍化電流（ISS）表現(xiàn)出各向同性，與織構無關。另外，鈍化膜均表現(xiàn)出P-型半導體導電特性，即陽離子空位是其主要缺陷類型。鈍化膜的原子尺度結構和成分分析，不難發(fā)現(xiàn)，鈍化膜具有雙層結構且金屬/膜界面是非共格的。根據(jù)PDM，

（1）對于P-型鈍化膜，式（1）可簡化為，

（2）即ISS與界面反應3和7有關，而與金屬/鈍化膜界面無關，即與金屬基體的織構無關。