在廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金項目資助下，廣東省科學院智能制造研究所與西安理工大學合作，研究發現激光輔助增材制造β-型Ti合金中析出相的形成機理及其對力學性能的影響機制。相關研究發表于Materials Science & Engineering A。
送粉式激光輔助增材制造（LAAM）是定向能沉積工藝中的一種，利用激光作為熱源逐層沉積材料，可實現復雜結構零件的近凈成形。Ti-Mo基β-Ti合金具有較低的彈性模量、優良的比強度等特點，在航空和生物醫學等領域具有廣闊的應用前景。由于具備高的強度和低的彈性模量，Ti-Mo基β-Ti合金的增材制造（AM）引起了越來越多的研究興趣。
近年來，研究人員發現Ti合金成份與激光增材制造過程的冷卻速率顯著影響材料的微觀組織結構、析出相和機械性能的演變。但是，對于高度合金化的Ti-Mo基合金，還未有相關工作研究樣品尺寸變化導致的冷卻速率對析出相形成和材料機械性能的影響規律。
在該項工作中，科研人員采用激光輔助增材制造技術制備了一種新型的生物相容性β型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金，該合金表現出高屈服強度（923 MPa）和低彈性模量（68.7 GPa）的良好組合，在結構和生物醫學應用方面具有很好前景。他們還研究了增材制造樣品尺寸對β型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金微觀組織結構、析出相和機械性能的影響。研究結果發現，截面面積小的垂直試樣的晶粒尺寸大于截面面積大的水平試樣的晶粒尺寸。
由于垂直試樣截面面積較小，激光增材制造過程的熱量積累導致Ti3Al、Ti2Ni和TiNi等第二相析出，進而使得垂直試樣具有較高的維氏硬度和脆性斷裂行為；對于截面面積大的水平試樣，由于散熱快，并沒有發現第二相存在，表現出了優異的高屈服強度和低彈性模量組合。β-型Ti-13.3Mo-7.2Al-4Zr - 0.25Ni合金中Ti3Al、Ti2Ni和TiNi等第二相是在吉布斯自由能、界面能與合金化學成分濃度的協同作用下形成的，其中，合金化學成分濃度在第二相的形成過程中具有主導作用。
該研究對深入理解Ti-Mo基β-Ti合金中第二相的形成機理及其對力學性能的影響機制具有重要意義，并為增材制造生物相容性Ti合金及其在生物醫學領域的發展奠定了基礎。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.msea.2022.144236
原報道鏈接：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2022/12/490468.shtm
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