激光粉末床熔融（PBF-LB）作为增材制造领域的核心技术之一，显著推动了航空航天与能源行业的制造革新。鉴于镍基超合金展现出的高强度与高温性能，其在上述产业中备受青睐。然而，采用此类高性能合金进行打印时，会产生关键合金元素汽化的技术问题。此现象削弱了最终构件的机械性能、抗腐蚀性与微观结构稳定性。下文，我们将剖析这一汽化现象及其对构件质量的影响，并探讨针对性的解决方案。
一
汽化问题：关键合金元素的挥发
铬作为镍基合金中的关键成分，在高温下因高蒸气压而易于挥发。铬通过形成氧化保护层，对合金的抗腐蚀性能至关重要，其蒸发将直接降低合金在如喷气发动机等高温环境下的耐蚀性。
二
机械性能影响
三
解决策略
在PBF-LB中，关键合金元素的汽化是影响镍基合金打印部件性能的一个技术难题。幸运的是，研究者们已经开发出多种策略来减轻这一问题的影响，确保最终产品能够保持预期的机械和化学特性。这些策略包括：
1. 工艺参数优化
通过调控激光功率、扫描速率与粉末层厚度，抑制过热引起的局部汽化：
a) 减小激光功率，有效抑制熔池温度上升，减少Cr等元素蒸发；
激光功率和扫描速度对PBF-LB成分变化的影响
微调参数并采用传导模式，可有效减少汽化，保证成品成分接近设计目标。
2. 后处理热处理
热处理虽不能复原已汽化的元素，却有助于恢复部分丢失特性。固溶退火与时效工艺可促进γ′等关键相的重新沉淀，增强合金的强度与抗蠕变性。热处理虽然无法恢复损失的铬或铝，却能有效均匀微观结构，缓解残余应力，从而提高零件性能。
3. 合金设计调整
对于高风险应用，可以考虑调整粉末原料的成分。通过稍微增加合金中的挥发性元素(如铬或铝)，可以抵消汽化过程中的损失。
综上，通过工艺优化、热处理与合金设计调整，可有效缓解LPBF过程中的元素汽化问题，保障合金性能。
四
高级工具：预测模型
在PBF-LB工艺中，前瞻性的解决策略之一为引入预测模型。依托多物理场建模体系，整合热流动与流体动力学仿真，配合热力学计算，实现成分动态实时估算。制造商据此预判特定条件下的元素汽化倾向，预先调整工艺设定。此计算导向法有效减少了PBF-LB的试错步骤，既节省时间又保障成品质量，保证了生产的高效与精准。
预测模型
在PBF-LB制造流程中，元素汽化是一个关键问题，严重影响了镍基高温合金的性能。深化探究汽化机制及其驱动因素，辅以工艺参数优化、先进后处理技术及预测性建模策略，可确保3D打印部件符合最佳性能标准。
论文：
[1]https://www.nature.com/articles/s41524-024-01418-z
此文内容仅分享使用，如有版权问题请联系处理或删除。
“邀您进入行业群聊，共寻增材繁荣新答案”
扫码或长按下方二维码加入
@
增材技术交流群
“分享是最好的学习方式。”
