在當(dāng)今先進制造技術(shù)領(lǐng)域，激光增材制造鈦合金技術(shù)正展現(xiàn)出巨大的潛力和廣泛的應(yīng)用前景。本文將深入探討這一技術(shù)在工藝、材料和后處理方面的最新研究進展。  

激光增材制造鈦合金的工藝主要包括粉床激光熔融（LPBF）和激光定向能量沉積（LDED）兩種關(guān)鍵技術(shù)。這些工藝參數(shù)對鈦合金的組織性能有著至關(guān)重要的影響。例如，激光功率、掃描速度、層厚、掃描間距和能量密度等參數(shù)會直接影響鈦合金的致密化行為。較高的激光功率通常有利于促進先驅(qū)-β晶粒的柱狀生長并粗化馬氏體α'，而較高的掃描速度則可加速固化速率并提高鈦合金的強度。然而，參數(shù)設(shè)置不當(dāng)也可能導(dǎo)致材料蒸發(fā)過度、形成匙孔或能量輸入不足產(chǎn)生缺陷等問題。  

掃描策略同樣對鈦合金的制造有著重要影響。不同的掃描策略會影響殘余應(yīng)力、失真、晶體學(xué)紋理和晶粒形態(tài)。線性掃描是最常用的策略，而島嶼掃描僅在LPBF系統(tǒng)中采用。合適的掃描策略可以提高鈦合金的相對密度和耐腐蝕性能。  

層間停留時間也是一個關(guān)鍵因素。短的層間停留時間會導(dǎo)致熱積累增加，促進沉積過程中亞穩(wěn)相的原位分解；相反，較長的層間停留時間可以細化微觀結(jié)構(gòu)并提高強度。  

反應(yīng)性LAM技術(shù)在半惰性氣氛下進行，可以引入微量間隙元素，提高鈦合金的力學(xué)性能。例如，采用特定反應(yīng)氣氛可以細化微觀結(jié)構(gòu)、提供固溶強化或誘導(dǎo)納米級分散體的形成。  

樣品幾何形狀和構(gòu)建方向?qū)す庠霾闹圃斓拟伜辖鸬臍堄鄳?yīng)力分布、顯微結(jié)構(gòu)和性能也有顯著影響。不同位置和構(gòu)建方向會導(dǎo)致鈦合金的顯微結(jié)構(gòu)和性能發(fā)生變化，這在選擇構(gòu)建方向時需要考慮構(gòu)件的形狀和所需的力學(xué)性能。  

此外，高保真機理建模通過包括有限元分析和相場建模在內(nèi)的先進計算方法，能夠模擬多尺度的激光增材制造過程，優(yōu)化處理參數(shù)，提高機械性能并減少構(gòu)件缺陷。  

在材料方面，激光增材制造的鈦合金主要分為α-Ti、(α+β)-Ti和β-Ti合金。不同類型的合金具有各自獨特的微觀結(jié)構(gòu)和力學(xué)特性。例如，α-Ti合金通常包含完全馬氏體α'微觀結(jié)構(gòu)，(α+β)-Ti合金以Ti-6Al-4V合金為代表，通常呈現(xiàn)出馬氏體α'和大量納米孿晶，β-Ti合金則主要由亞穩(wěn)態(tài)β晶粒組成。  

后處理方法對于改善激光增材制造鈦合金的性能至關(guān)重要。傳統(tǒng)和新型熱處理、熱等靜壓以及先進表面處理工藝如超聲和激光噴丸等，可以改善合金的韌性、減輕殘余應(yīng)力、分解馬氏體相并提高合金的疲勞壽命。  

展望未來，激光增材制造鈦合金領(lǐng)域有著廣闊的發(fā)展前景。智能工藝優(yōu)化方法利用機器學(xué)習(xí)等技術(shù)加快參數(shù)優(yōu)化過程；工藝創(chuàng)新與集成包括場輔助增材制造、反應(yīng)性LAM等先進工藝以及設(shè)備創(chuàng)新；材料定制和創(chuàng)新關(guān)注低密度高強度、低成本可持續(xù)、耐雜質(zhì)、生物醫(yī)用低模量等鈦合金的研究；后處理驗證和創(chuàng)新注重時間和能源效率、微觀結(jié)構(gòu)和性能均勻性、可擴展性和成本、標(biāo)準(zhǔn)化與認(rèn)證等方面的研究。