近日，南昌航空大學黃春平教授團隊針對激光立體(ti) 成形 Ti40阻燃鈦合金的力學性能和阻燃性能開展了一係列研究。研究團隊以典型Ti40阻燃鈦合金為(wei) 研究對象，通過LSF技術製備了Ti40阻燃鈦合金。研究了激光立體(ti) 成形試樣和傳(chuan) 統鍛造態試樣的顯微組織、力學性能和阻燃性能，同時，針對激光立體(ti) 成形試樣相對於(yu) 傳(chuan) 統鍛造態試樣更加優(you) 異的阻燃性能和力學性能進行了了研究和討論。相關(guan) 研究成果以“Achieving superior burn resistant and mechanical properties of Ti40 alloy by laser solid forming”為(wei) 題發表在《Journal of Manufacturing Processes》上。論文作者為(wei) 黃麒敏碩士研究生，通訊作者為(wei) 劉豐(feng) 剛博士和黃春平教授。

Ti40（Ti-15V-25Cr）阻燃鈦合金是一種新型高穩定的β鈦合金，具有優(you) 異的綜合力學性能和阻燃性能，被廣泛應用於(yu) 高涵道比的大型發動機風扇壓氣機部件以及其他結構上。然而其高溫塑性和流動性較差，導致傳(chuan) 統機械加工成本高、周期長、材料利用率低。因此，迫切需要尋找一種新的製造技術來改善這些問題。隨著增材製造技術的發展，基於(yu) 激光熔覆和快速成型技術的激光實體(ti) 成形技術(LSF)也得到了大規模的應用。它可以直接從(cong) CAD模型製造零件，而且可以修複損壞的零件，為(wei) 阻燃鈦合金的加工和製造帶來了新的思路和方法。

圖1 激光立體(ti) 成形示意圖和LSF塊體(ti) 形貌圖：

(a)激光立體(ti) 成形；(b)(c) LSF塊體(ti)

圖2 LSF塊體(ti) 取樣和燒蝕實驗過程示意圖：

(a)塊體(ti) 取樣(b)燒蝕實驗處理(c)燒蝕試樣取樣

圖3 Ti40合金阻燃機理示意圖

圖4 Ti40合金的橫截麵圖像：

(A)LSFed樣品的頂部區域；(B)LSFed樣品的中間區域；(C)LSFed樣品的底部區域；(D)鍛造樣品；

1=OM；2=SEM。

圖5 LSFed樣品的析出相的TEM圖像：(A)Ti5Si3的明場；(B)Ti5Si3的電子衍射圖。

圖6 燒蝕後Ti40合金的樣品表麵形貌：

(a)LSFed；(b)鍛造態；(1)燒蝕3 S；(2)燒蝕4 S；(3)燒蝕5 S。

圖7 激光燒蝕凹坑模型圖像：(a)燒蝕凹坑模型；(b)測量點

圖8 燒蝕坑SEM圖像：(a)LSFed燒蝕坑表麵形貌；(b)鍛造試樣燒蝕坑表麵形貌；(c) LSFed燒蝕坑底部形貌；(d) 鍛造試樣燒蝕坑底部形貌；(e) LSFed燒蝕坑側(ce) 壁形貌；(f) 鍛造試樣燒蝕坑側(ce) 壁形貌

圖9 燒蝕坑橫截麵SEM圖像：(a)LSFed試樣燒蝕坑；(b)LSFed試樣燒蝕坑底部；(c)鍛造試樣燒蝕坑；(d)鍛造試樣燒蝕坑底部

圖10 LSFed Ti40合金斷口的SEM圖像：(a)試件斷口的宏觀形態；(b)A區的放大形貌；(c)B區的放大形貌

基於(yu) 以上研究，LSF工藝改善了Ti40傳(chuan) 統機械加工帶來的加工成本高、周期長、材料利用率低等問題，通過激光立體(ti) 成形技術製備的Ti40合金相對於(yu) 鍛造件來說具有更加優(you) 異的力學性能，同時由於(yu) 激光立體(ti) 成形過程中特殊的回火作用使得Ti40合金中的β相析出高熔點的Ti5Si3，不僅(jin) 可以通過保留氣孔來提高V、Cr元素的氧化效率，而且可以通過加強基體(ti) 與(yu) 氧化層的結合來減緩氧化層的剝落，提高Ti40的阻燃性能。通過對LSF技術製備的Ti40合金力學性能和阻燃性能的研究為(wei) 實現阻燃鈦合金複雜結構件的高性能、快速、低成本製備提供了一種新的技術手段。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2023.07.056