粉床型电子束增材制造W-Nb合金的缺陷及显微组织

采用粉床型电子束增材制造技术(Selective electron beam melting,SEBM)制备了W-3.5Nb合金,分析了在电子束低速扫描、高速扫描、两次熔化三种熔化条件下W-3.5Nb合金的成形缺陷和显微组织。研究结果表明:W-3.5Nb合金的成形缺陷主要包括熔合不良和微裂纹,低速扫描可有效降低缺陷含量。熔合不良主要由熔池的球化和扰动导致,微裂纹主要是由凝固过程中枝晶间液相的凝固收缩引起。不同扫描速度下,熔池的凝固过程不同,合金呈现出不同的组织特点。在高速扫描时,由于扫描层间熔合不充分,合金外延生长不明显,形成细小等轴晶,没有明显的择优取向;低速扫描时,在外延生长的作用下,形成粗大的柱状晶组织,沿成形方向形成(001)方向择优取向;在单层两次熔化条件下,柱状晶特性和晶粒的择优取向减弱。

机械球磨时间对W-Nb合金氦辐照行为的影响（英文）

采用不同球磨时间制备W-Nb复合粉末,并通过放电等离子烧结方法制备W-Nb复合材料。所得的W-Nb复合材料用剂量为9.90×10^24ionsm^-2的氦离子束辐照11min,随后分别在900、1100和1300℃下热处理1h。结果表明,球磨时间不同导致复合材料中钨-铌固溶程度不同,进而造成了材料抗辐照损伤性能的差异。其中,球磨36h的试样固溶程度最低,在辐照后其表面损伤也最严重,表面出现了纳米绒毛状结构。在同一个样品中,钨不同晶面取向也导致了不同的表面损伤形貌。通过对比不同热处理温度的试样,发现富铌区域的晶粒发生了明显的长大,但富钨区域的表面形貌几乎没有变化,这是由于铌的加入使得He在钨中的解吸峰右移。

粉床型电子束3D打印纯钨及W-Nb合金的显微组织及开裂机制

采用粉床型电子束3D打印技术制备了纯钨及固溶强化型W-Nb合金,对2种钨基材料的显微组织和裂纹缺陷进行了分析。研究发现:二者均沿逐层累积的方向形成柱状晶,Nb元素的加入使柱状晶的平均尺寸由109.78μm降至25.10μm。纯钨并未发生显著的开裂现象,但是W-Nb合金内部存在沿晶界分布的微裂纹。从热应力累积和凝固过程2个方面分析了钨基材料开裂的原因,粉床型电子束3D打印过程包含了熔池的快速凝固-快速冷却-高温保温几个阶段,过程中纯钨及W-Nb合金均发生了回复与再结晶,使成形过程中累积的热应力得到一定的释放,缓解了热应力累积引起的开裂现象。W-Nb合金的开裂主要是由于凝固过程中液态金属无法短时间内在枝晶间进行充分流动补缩,形成大量沿晶界分布的纳米微缩孔,在微小的应力作用下就会造成合金沿晶界开裂。

增材制造用W-Nb合金粉末的制备与应用

结合钨合金的特性及增材制造过程对粉末均匀性、稳定性的要求,以微米级球形钨粉和纳米级铌粉为原料,采用行星球磨工艺制备了可用于增材制造的W-Nb复合型粉末,利用球磨过程中的作用力,将纳米粉末分散并均匀吸附在球形钨粉表面,形成面包覆结构;分析了球磨时间对粉末形貌及物理性能的影响。结果表明,随着球磨时间的延长粉末主要发生以下变化:(1)球形钨粉形貌不变,纳米铌粉之间存在明显的团聚;(2)球形钨粉形貌不变,纳米铌粉充分分散且在球形钨粉表面吸附;(3)吸附在球形钨粉表面的铌粉之间发生一定的冷焊,球形钨粉表面开始出现破损;(4)铌在钨中发生一定的固溶,但是球形钨粉大量破损。采用粉床型电子束增材制造技术对复合粉末的工艺适应性进行了验证,复合粉末铺展均匀、稳定,成形样品成分均匀,晶界处不存在明显的铌元素富集。