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克蘭菲爾德大學(xué)研究WAAM 3D打印過程中的鈦氧化

中國(guó)3D打印網(wǎng)10月28日訊，電線和電弧增材制造（WAAM）是一種有效的技術(shù)，已應(yīng)用于航空航天，海事和其他行業(yè)。該技術(shù)涉及使用金屬線和電弧，如焊接中使用的電弧，它比其他增材制造方法更快，更便宜。但是，這不是一個(gè)完美的過程。在題為“在線材和電弧添加劑制造過程中氧化Ti-6Al-4V”的論文中，一組研究人員討論了WAAM中的一個(gè)常見問題 - 氧化。


    鈦在高溫下與氧氣的高反應(yīng)性，在WAAM期間經(jīng)常發(fā)生氧化。由于表面附近的脆性富氧層（Alpha Case），氧化的跡象是變色，這可能對(duì)部件的機(jī)械性能有害。研究人員研究了WAAM過程中鈦合金的氧化，以“確定控制這種現(xiàn)象的機(jī)理和主要工藝參數(shù)。”等離子體轉(zhuǎn)移電弧和電線沉積樣品是通過改變?nèi)廴跉夥罩械某练e參數(shù)或氧含量來制造的。通過目視檢查，光學(xué)顯微鏡，掃描電子顯微鏡和拉伸機(jī)械對(duì)樣品進(jìn)行表征測(cè)試。



       “對(duì)于如何屏蔽環(huán)境中任何含氧量，人們發(fā)現(xiàn)，如果溫度足夠高且暴露時(shí)間長(zhǎng)，就會(huì)觀察到鈦的氧化，”研究人員表示。 “此外，可以確定在第一沉積層的區(qū)域中氧化更顯著。對(duì)于采用更高電流（220 A）和更寬振蕩寬度構(gòu)建的樣品，Alpha Case的最大深度為200μm。拉伸試驗(yàn)表明，屏蔽環(huán)境中氧含量增加40倍并不會(huì)顯著影響抗拉強(qiáng)度。“
       研究人員發(fā)現(xiàn)，溫度和暴露時(shí)間在WAAM氧化過程中比氧氣水平起著更重要的作用。他們得出結(jié)論，只要屏蔽環(huán)境含氧量，如果溫度和暴露時(shí)間足夠高，即使氧氣含量很低，也會(huì)發(fā)生氧化。

研究人員對(duì)樣品進(jìn)行的測(cè)試得出了幾個(gè)總體結(jié)論：
     當(dāng)更高的電流與更高的振蕩寬度結(jié)合使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)Alpha Case的最大厚度;發(fā)現(xiàn)的Alpha Case的最大厚度為200μm。高溫和暴露時(shí)間似乎對(duì)氧化的影響大于屏蔽環(huán)境中的氧含量。
.對(duì)于相同的沉積參數(shù)，屏蔽環(huán)境中較高的氧含量會(huì)導(dǎo)致更深的Alpha情況。
.線材中不同的氧含量似乎對(duì)Alpha Case的厚度沒有顯著影響。
.屏蔽環(huán)境中氧氣的增加不會(huì)影響拉伸性能，最高可達(dá)4000 ppm。增加氧氣水平顯著地增加了強(qiáng)度并降低了伸長(zhǎng)率。

.仔細(xì)控制參數(shù)可以減輕氧化的影響，但它仍然是一個(gè)問題，特別是在通常使用鈦組分的航空航天工業(yè)中。由于在WAAM期間溫度如此之高，因此易于發(fā)生氧化并形成堅(jiān)硬，易碎，難以加工的外層，稱為Alpha Case。


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