瑞典查尔姆斯理工大学和土耳其盖布泽技术大学的研究人员研究了 3D 打印的 IN625 的氧化情况。他们的发现发表在《腐蚀科学》杂志的一篇新论文中。

研究：增材制造 IN625 的高温氧化行为：微观结构和晶粒尺寸的影响。图片来源：Zyabich

为高温和耐腐蚀应用设计材料包括海上发电、航空航天工业和制造业在内的多个行业都需要能够承受高温和腐蚀性环境的材料。除了具有出色的耐腐蚀性之外，用于喷气发动机、炉衬和固定式燃气轮机等应用的材料还必须具有良好的蠕变强度。

事实证明，镍基高温合金是这些材料的最佳候选材料，其性能优于其他高温和高熵合金、形成氧化铝的奥氏体和钴基高温合金。这些超合金能够在部件外表面形成 Cr 2 O 3或 Al 2 o 3氧化皮的外部保护层，从而使其具有出色的抗氧化性和耐腐蚀性。

AM IN 625：增材制造的立方体(a)，样品切割示意图(b)。图片来源：Chyrkin, A et al., Corrosion Science

IN625IN625 (Inconel 625) 是一种在 1960 年代开发的可锻镍基合金。最初用作蒸汽管道的高强度材料，对 IN625 的进一步修改提高了其可焊性和抗蠕变性。这些修改促成了 IN718 的开发，它是航空航天工业中使用最广泛的镍基合金。

IN625 是通过将镍与钼、铬和铌合金化制成的，从而生产出一种具有最佳抗腐蚀和抗蠕变性组合的金属。这种合金可以承受从低温到大约 1000 o C的广泛温度范围。

使用增材制造制造镍基高温合金近年来，人们一直在探索增材制造来生产镍基高温合金。与传统制造方法相比，增材制造(也称为 3D 打印)为材料制造提供了显着优势，包括自由形式设计、减少加工和后加工步骤、成本效益以及减少材料浪费。

粉末床融合是增材制造的一个子集。这些方法采用激光(选择性激光熔化)或电子束(电子束熔化)在粉末床系统中熔化和熔合粉末。

选择性激光熔化不需要使用真空，这使其比电子束熔化具有主要优势。此外，这种技术更加通用，因为可以选择更多的材料，它具有高冷却速率，易于粉末去除，提供更好的表面光洁度，最重要的是，更适合在印刷材料中产生细粒度的微观结构。

增材制造合金打印有两个关键特征：定向凝固和快速冷却速度。几个参数会影响打印合金的最终性能，包括光束尺寸、激光能量密度、扫描速度和粉末特性，如形态、粒度分布和纯度。层厚度可以在 20 到 100 µm 之间变化。

增材制造工艺显着影响合金的微观结构。尽管如此，研究发现使用选择性激光熔化或电子束熔化生产的 IN625 合金之间存在一些相似之处。

近年来，已经进行了大量的研究工作来分类微观结构对高温下镍基合金氧化行为的影响。研究人员普遍认为，与传统制造的合金相比，增材制造合金的氧化速度更快。

研究还表明，结构各向异性不会显着影响氧化动力学。此外，这些合金中较高腐蚀的原因尚不清楚。目前，在增材制造的镍基合金领域存在显着的研究空白。

AM IN 625、Y-cut (a,b) 和 Z-cut 的 SE 图像。(c，d)，AM-HT1(e)，AM-HR(f)。图片来源：Chyrkin, A et al., Corrosion Science

研究3D 打印镍基合金的氧化行为存在一个基本问题。问题是这些差异是由特定的增材制造微结构引起的，还是制造过程本身会在印刷合金的化学成分中产生微小的偏差。

为了帮助回答这个基本问题，作者旨在阐明微结构在通过选择性激光熔化制造的 IN625 的氧化行为中的作用。研究探讨了织构和晶粒尺寸的具体作用。

将选择性激光熔化制造的 IN625 与经过热轧、热锻和热处理工艺的相同合金进行了比较。这是为了保留材料的原始化学成分，但改变其晶粒结构以研究合金微观结构的影响。

研究结果该论文发表了几项重要发现。首先，作者证明了晶间氧化形态不受操纵微观结构的影响。其次，在 900-1000 o C的高温下，印刷的 IN625 的氧化动力学比传统制造的合金更快 。

虽然各种热处理和热轧在一定程度上影响合金的整体氧化动力学，但主要的氧化形态与晶粒尺寸无关。作者得出的结论是，增材制造合金的氧化行为更可能是由于合金化学的微小差异所致。严重的晶间氧化似乎在增材制造的镍基合金的较高氧化动力学中起关键作用。

在 900 °C 空气氧化 168 小时后，热处理的 AM IN 625 上氧化皮的 BSE 图像：(a)AM-HT1(在 1200 °C 下退火 24 小时)(b)AM-HT2：(退火 200 h 在 1100 °C)。图片来源：Chyrkin, A et al., Corrosion Science

该研究为高温耐腐蚀合金的增材制造领域做出了重要贡献。通过对微观结构对合金氧化动力学和行为的影响进行分类，作者提供的信息将帮助研究人员回答有关材料和工艺的基本问题，并指导该领域的未来研究。