长三角G60激光联盟导读
据悉，美国俄勒冈州立大学、卡耐基梅隆大学及博伊西州立大学的科研人员报道了激光功率和沉积顺序对激光定向能沉积GRCop42-Inconel 625接头组织的影响研究。研究以“Effect of laser power and deposition sequence on microstructure of GRCop42 - Inconel 625 joints fabricated using laser directed energy deposition”为题发表在《Materials & Design》上。
研究亮点：
-采用激光定向能沉积技术，在不同的激光功率下制备了Inconel 625-GRCop42接头。
-通过提高第一层的激光功率，制造出无孔隙的 Inconel 625-GRCop42 接头。
-液体混溶间隙的存在导致GRCop42与Inconel 625接头中出现易开裂的脆性相。
-通过提高激光功率，可以降低脆性相在接缝中的体积分数。
关键词：Inconel 625；GRCop；显微结构；异种金属接头；激光定向能沉积。
火箭燃烧室等高温部件的热管理需要使用增材制造技术连接Inconel 625和GRCop42。虽然之前已经尝试使用激光定向能沉积来连接这些材料，但对激光功率和沉积顺序对这些接头微观结构的影响还不甚了解。在这项研究中，采用不同激光功率的粉末定向能沉积技术制备了 Inconel 625-GRCop42接头和GRCop42-Inconel 625接头，并对存在的缺陷、晶粒形态和相进行了表征。结果表明，通过提高第一层的激光功率，可以制备出无熔合缺陷的 Inconel 625 与 GRCop42接头。本研究使用Meltio M450 LDED设备制备GRCop42-Inconel 625接头。在 GRCop42与Inconel 625 连接处的基底重熔中发现，熔池成分会诱发液态不溶性，导致缺铜液体凝固形成易产生裂纹的岛状结构。由于金属间相析出的体积分数较低，激光功率的增加会降低这些岛状结构的脆性。
图1. Meltio M450打印头、粉末喷嘴和激光出口位置的图片和示意图。
图2.(a) 研究的沉积顺序示意图。(b) 沉积在GRCop42衬底上的Inconel 625，以及 (c) 沉积在Inconel 625衬底上的GRCop42，衬底上有用于微观结构表征的EDM切口。
图3.在(a)200W、(b)400W、(c)600W和(d)800 W下沉积到Inconel 625 衬底上的GRCop42 的蚀刻光学显微照片。深色区域是富铜的，而灰色区域是缺铜的。
图4.(a) STEM-EDS 图和相应的SAD图样：(b)沿着[412]区轴的Cr-Ni-Mo P相；(c)沿着[112]区轴的Ni-Cu相，以及(d)沿着[101]区轴的Cr-Ni-Nb C14-Laves相。(a)中的数字表示SAD收集区域。
图5.(a)Inconel 625粉末和(b) GRCop42粉末的SEM 显微照片。
在本研究中，研究了激光功率和沉积顺序对GRCop42-Inconel 625接头缺陷和组织的影响。
在GRCop42上沉积Inconel 625时，由于GRCop42衬底的热扩散率高，会出现熔合不充分的情况。通过提高第一层Inconel 625沉积的激光功率可以缓解这一问题。如果重熔GRCop42 衬底的重量小于20%，则可避免液态不熔性，从而制造出无裂纹的双金属接头。
在Inconel 625上沉积GRCop42时，重熔Inconel 625衬底会产生熔池成分，导致富铜液体和缺铜液体之间缺乏液态混合。缺铜液体凝固后会形成具Cr-Ni-Nb C14-Laves(HCP)和Cr-Ni-Mo P相（正交）金属间相的岛状结构，这些金属间相易于开裂。
通过提高激光功率，可减少GRCop42与Inconel 625接头中的岛状结构脆性，从而在第一层中重熔更多的Inconel 625衬底。这将提高富镍的FCC相的体积分数，降低脆性金属间相在岛状结构中的体积分数，从而降低开裂的敏感性。
虽然在制备Inconel-GRCop42的接头时没有出现LOF和脆性相，但由于GRCop42与Inconel 625的液体混合物中存在液态不相溶现象，因此在GRCop42与Inconel 625的接头无法完全消除脆性相。因此，未来的工作重点应是开发用于Inconel 625和GRCop42之间的过渡成分，以避免液态分离（混溶间隙）和随后的脆性相形成。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2024.112944
欢迎大家参加长三角G60激光联盟举办的活动：
激光智造在新能源汽车中的应用：
2024年7月29日-31日，安徽合肥丰大国际大酒店
欢迎您参会、欢迎参展！