上海大学在磁场下金属3D打印组织调控方面的探索

【摘要】：金属3D打印在复杂结构金属构件的一体化成型带来了新的思路,其本质是金属母材在高能束照射下熔化,高能束移除后高温微熔池在金属基板或前一层合金衬底上的异质形核与快速凝固过程。由于其凝固温度梯度极高,热应力作用下导致可采用该方法成型的金属材料必须具有较高的抗裂性能,对于特定金属的可成型工艺窗口极窄。这给调节打印构件组织带来了挑战,外加磁场对该过程可以非接触的主动干预,可以有效调控其凝固组织进而优化其性能。近些年,上海大学逐步建设了针对金属3D打印的全流程研究平台,如图1所示。发现,在适当磁场下,打印构件残余应力得到有效抑制,如图2;高温合金打印构件晶粒组织明显细化,如图3;钛合金构件在强度不降低的前提下,经过磁场调控,塑性提高2-3倍,如图4;并通过基于X射线的三维断层扫描方式逐道次,逐层研究了钛合金金属3D打印构件冶金缺陷的形成规律,如图5,这些变化认为是热电磁效应的综合作用的结果。