長三角G60雷射聯盟導讀
據悉，美國俄勒岡州立大學、卡耐基梅隆大學及博伊西州立大學的科研人員報道了雷射功率和沉積順序對雷射定向能沉積GRCop42-Inconel 625接頭組織的影響研究。研究以“Effect of laser power and deposition sequence on microstructure of GRCop42 - Inconel 625 joints fabricated using laser directed energy deposition”為題發表在《Materials & Design》上。
研究亮點：
-采用雷射定向能沉積技術，在不同的雷射功率下制備了Inconel 625-GRCop42接頭。
-通過提高第一層的雷射功率，制造出無孔隙的 Inconel 625-GRCop42 接頭。
-液體混溶間隙的存在導緻GRCop42與Inconel 625接頭中出現易開裂的脆性相。
-通過提高雷射功率，可以降低脆性相在接縫中的體積分數。
關鍵詞：Inconel 625；GRCop；顯微結構；異種金屬接頭；雷射定向能沉積。
火箭燃燒室等高溫部件的熱管理需要使用增材制造技術連接配接Inconel 625和GRCop42。雖然之前已經嘗試使用雷射定向能沉積來連接配接這些材料，但對雷射功率和沉積順序對這些接頭微觀結構的影響還不甚了解。在這項研究中，采用不同雷射功率的粉末定向能沉積技術制備了 Inconel 625-GRCop42接頭和GRCop42-Inconel 625接頭，并對存在的缺陷、晶粒形态和相進行了表征。結果表明，通過提高第一層的雷射功率，可以制備出無熔合缺陷的 Inconel 625 與 GRCop42接頭。本研究使用Meltio M450 LDED裝置制備GRCop42-Inconel 625接頭。在 GRCop42與Inconel 625 連接配接處的基底重熔中發現，熔池成分會誘發液态不溶性，導緻缺銅液體凝固形成易産生裂紋的島狀結構。由于金屬間相析出的體積分數較低，雷射功率的增加會降低這些島狀結構的脆性。
圖1. Meltio M450列印頭、粉末噴嘴和雷射出口位置的圖檔和示意圖。
圖2.(a) 研究的沉積順序示意圖。(b) 沉積在GRCop42襯底上的Inconel 625，以及 (c) 沉積在Inconel 625襯底上的GRCop42，襯底上有用于微觀結構表征的EDM切口。
圖3.在(a)200W、(b)400W、(c)600W和(d)800 W下沉積到Inconel 625 襯底上的GRCop42 的蝕刻光學顯微照片。深色區域是富銅的，而灰色區域是缺銅的。
圖4.(a) STEM-EDS 圖和相應的SAD圖樣：(b)沿着[412]區軸的Cr-Ni-Mo P相；(c)沿着[112]區軸的Ni-Cu相，以及(d)沿着[101]區軸的Cr-Ni-Nb C14-Laves相。(a)中的數字表示SAD收集區域。
圖5.(a)Inconel 625粉末和(b) GRCop42粉末的SEM 顯微照片。
在本研究中，研究了雷射功率和沉積順序對GRCop42-Inconel 625接頭缺陷群組織的影響。
在GRCop42上沉積Inconel 625時，由于GRCop42襯底的熱擴散率高，會出現熔合不充分的情況。通過提高第一層Inconel 625沉積的雷射功率可以緩解這一問題。如果重熔GRCop42 襯底的重量小于20%，則可避免液态不熔性，進而制造出無裂紋的雙金屬接頭。
在Inconel 625上沉積GRCop42時，重熔Inconel 625襯底會産生熔池成分，導緻富銅液體和缺銅液體之間缺乏液态混合。缺銅液體凝固後會形成具Cr-Ni-Nb C14-Laves(HCP)和Cr-Ni-Mo P相（正交）金屬間相的島狀結構，這些金屬間相易于開裂。
通過提高雷射功率，可減少GRCop42與Inconel 625接頭中的島狀結構脆性，進而在第一層中重熔更多的Inconel 625襯底。這将提高富鎳的FCC相的體積分數，降低脆性金屬間相在島狀結構中的體積分數，進而降低開裂的敏感性。
雖然在制備Inconel-GRCop42的接頭時沒有出現LOF和脆性相，但由于GRCop42與Inconel 625的液體混合物中存在液态不相溶現象，是以在GRCop42與Inconel 625的接頭無法完全消除脆性相。是以，未來的工作重點應是開發用于Inconel 625和GRCop42之間的過渡成分，以避免液态分離（混溶間隙）和随後的脆性相形成。
論文連結：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112944
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