供稿人:魯陽 李滌塵 發(fā)布日期：2017-11-26
Inconel718是一種鎳基超合金，用于高溫應用，如渦輪葉片、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子和核反應堆。鑄造和鍛造為其傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，為獲得高度致密化的產(chǎn)品常需要進行多個均質(zhì)化處理及熱處理步驟，耗時長，成本高。對于某些增材制造技術，如SLM、EBM等也很難實現(xiàn)金屬的高度致密化。
美國橡樹嶺國家實驗室的Peeyush Nandwana等人對粉末粘結(jié)3D打印技術在Inconel 718材料生產(chǎn)上的應用進行了系統(tǒng)的研究（粉末粘結(jié)3D打印過程如圖1所示），探究了Inconel 718金屬材料的燒結(jié)知識，還研究了粉末填料因子和粘結(jié)劑飽和度對微結(jié)構(gòu)演化的影響，并將其應用到了粉末粘結(jié)3D打印技術中。
圖1 粉末粘結(jié)3D打印過程示意圖
該研究發(fā)現(xiàn)，超固相液相燒結(jié)（SLPS）是實現(xiàn)對Inconel718完全致密化的必要條件，在超固相液相燒結(jié)的條件下燒結(jié)出的金屬致密化更加完全，不同燒結(jié)溫度下的對比如圖2所示。
圖2 不同粒徑在1290℃下燒結(jié)后的形貌及21μm粒徑在1330℃下燒結(jié)后的形貌對比圖
該項技術的主要工藝步驟及主要參數(shù)如下：部件設計、粉末顆粒級配計算、粉末化學成分選擇、粘結(jié)劑選擇、層厚選擇、進給速度選擇、粘結(jié)劑飽和度確定、固化時間確定、粘結(jié)劑燒失及燒結(jié)工藝。其中，粘結(jié)劑飽和度對燒結(jié)時微觀結(jié)構(gòu)的演化起著關鍵作用。為避免零件變形，必須控制加工溫度，且液相分數(shù)不得超過50%。
該團隊的最終研究結(jié)果表明，超固相液相燒結(jié)（SPLS）配合粉末粘結(jié)3D打印技術可在較短時間內(nèi)實現(xiàn)Inconel718材料構(gòu)件的完整致密化。與傳統(tǒng)加工方法相比，大大提高了經(jīng)濟性和生產(chǎn)效率。