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腐蝕頂刊：發(fā)現(xiàn)鈍化膜可誘導(dǎo)織構(gòu)金屬電化學(xué)活性各向同性！

2020-12-08 12:19:10 作者：材料科學(xué)與工程來(lái)源：材料科學(xué)與工程分享至：

實(shí)現(xiàn)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體化成形是飛機(jī)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(fù)合制造技術(shù)可實(shí)現(xiàn)金屬高性能大型復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)的高效率、低成本、輕量化制造，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)大型整體結(jié)構(gòu)制造中應(yīng)用前景廣闊。HDR-LSF凝固條件的顯著變化，會(huì)直接改變沉積態(tài)組織的織構(gòu)特征，并通過(guò)影響電解加工過(guò)程中的電化學(xué)活性，影響加工精度。因此，亟待開展相關(guān)研究，明晰HDR-LSF組織的織構(gòu)演化規(guī)律，闡明晶體學(xué)織構(gòu)對(duì)鈍化金屬電化學(xué)活性的作用機(jī)理，為提升我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造水平奠定基礎(chǔ)。

近日，青島理工大學(xué)山東省增材制造工程技術(shù)研究中心郭鵬飛副教授，聯(lián)合西北工業(yè)大學(xué)林鑫教授團(tuán)隊(duì)和南京航空航天大學(xué)曲寧松教授團(tuán)隊(duì)，針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)用鎳基高溫合金典型牌號(hào)Inconel718合金（國(guó)內(nèi)牌號(hào)為GH4169），開展HDR-LSF實(shí)驗(yàn)，基于激光熔池形貌及溫度場(chǎng)數(shù)值模擬，揭示高沉積速率條件下沉積態(tài)組織織構(gòu)的演化規(guī)律；觀察鈍化膜的原子尺度結(jié)構(gòu)、成分特征，利用點(diǎn)缺陷模型（Point Defect Model）理論，闡明鈍化膜誘導(dǎo)沉積態(tài)試樣電化學(xué)活性各向同性的作用機(jī)理。相關(guān)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(lǐng)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(shù)沉積速率高達(dá)1.2kg/h。EBSD結(jié)果顯示， HDR-LSF Inconel 718合金具有較弱的（001）纖維織構(gòu)。根據(jù)CET模型理論，通過(guò)對(duì)激光立體成形過(guò)程中的溫度場(chǎng)進(jìn)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(gè)數(shù)量級(jí)，這在一定程度上降低了激光熔池的外延生長(zhǎng)效應(yīng)。另外，HDR-LSF過(guò)程中，熔池熔合線的大曲率以及交錯(cuò)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(jìn)了柱狀枝晶的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)，弱化了其織構(gòu)強(qiáng)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(guò)程中激光熔池的（a-d）溫度場(chǎng)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(xué)測(cè)試結(jié)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(gòu)無(wú)關(guān)。另外，鈍化膜均表現(xiàn)出P-型半導(dǎo)體導(dǎo)電特性，即陽(yáng)離子空位是其主要缺陷類型。鈍化膜的原子尺度結(jié)構(gòu)和成分分析，不難發(fā)現(xiàn)，鈍化膜具有雙層結(jié)構(gòu)且金屬/膜界面是非共格的。根據(jù)PDM，

（1）對(duì)于P-型鈍化膜，式（1）可簡(jiǎn)化為，

（2）即ISS與界面反應(yīng)3和7有關(guān)，而與金屬/鈍化膜界面無(wú)關(guān)，即與金屬基體的織構(gòu)無(wú)關(guān)。