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激光立体成形Inconel 718电化学行为研究

来源:材料牛

  发布:星之球科技

关键词:激光立体 激光技术

2018-01-03

 镍基高温合金Inconel 718由于在650℃以下具有强度高,抗氧化,防辐射以及可焊性和组织稳定性等诸多优异性能,广泛应用于燃气轮机,航空发动机,核反应堆和其它高温领域中。然而,由于其自身加工自硬化严重并且在高温下有着优异的力学性能,因此利用传统的机械加工方法容易引起刀具磨损严重,材料耐热性和表面完整性差等。最新发展起来的激光立体成形技术被证明是成形Inconel 718的一种有效的且经济的方法。然而尽管激光立体成形具有近净成形的特点,但是对于一些重要的、精度要求较高的表面仍然需要后续的加工。电化学加工技术是利用电化学阳极溶解的方法来去除材料,并且具有工具阴极无磨损,材料去除率高,加工精度高等优点,特别适合高温合金等难加工材料的成形。而将激光立体成形技术与电化学加工技术结合起来能够解决大型高性能Inconel 718金属构件成形无法兼顾高精度与高效率的制造难题。另外,激光/电解组合精确成形工艺已经引起工业界和学术界的广泛关注。最近,有学者研究了激光立体成形Inconel 718的微观组织特征及其电化学行为。

【成果简介】
 
近日,来自西北工业大学的林鑫教授 (通讯作者)及其博士生郭鹏飞(第一作者)等人在Corros. Sci.上发布了一篇关于研究激光立体成形Inconel 718电化学行为的文章,题为“Electrochemical behavior of Inconel 718 fabricated by laser solid forming on different sections”。
作者报道了激光立体成形(LSF)Inconel 718试样的水平面(HS)和竖直面(VS)在10 wt.% NaNO3溶液中的电化学行为。研究结果表明,HS和VS的耐蚀性并没有差别。然而,由于第二相的管状分布,HS在低电流密度下具有较低的表面产物电阻。 此外,它们在低电流密度下较高的电流效率主要归因于有未溶解的相被流动的电解液冲走。高电流密度下二次相的快速剥落速率提高了试样的表面质量。
 
【图片导读】
 
图1 测试仪器的示意图
(a) 电流效率测量装置的模型图;
(b) 相应的实物照片。
图2 Inconel 718微观结构图像
 
(a) 沉积态Inconel 718水平面的OM图像;
(b) 沉积态Inconel 718竖直面的OM图像。

图3 去应力退火后LSF Inconel 718的EBSD图像
 
(a) 从基材到沉积试样顶部沿高度方向区域的反极图(IPF)着色的OIM图;
(b) 1000微米内不同高度上{100}晶面的极图;
(c) IPF图。
图4 样品SEM图像
 
(a) HS上的柱状枝晶形貌;
(b) VS上的柱状枝晶形貌;
(c) HS上组成相的分布;
(d) VS上组成相的分布。
图5 HS和VS溶解过程示意图
 
(a) VS上的初始表面;           (b) HS上的初始表面;
(c) VS上的溶解表面;           (d) HS上的溶解表面。

图6 试样中组成相的溶解速率
 
    (a) 电流密度-电位曲线图;
(b) 溶解速率-电位曲线图。
 
【小结】
 
这篇文章介绍了去应力退火态LSF Inconel 718的微观组织和电化学行为。研究结果总结为如下三点:
 
(1) 水平面和竖直面有着相同的钝化电流和击破电位,这表明微观组织的差异并没有导致耐腐蚀性能和钝化膜的稳定性发生变化。
 
(2) 随着电流密度增加,相溶解速率加快,但第二相即使在40A /cm2的电流密度下也不溶解。随着γ基体相溶解速率的增加,电解液的流动使得二次相以及表面产物的剥落速率越来越快,从而产生了平整的表面。
 
(3) 两部分电流密度效率曲线几乎完全相同。此外,析氧反应剧烈的发生,在高电流密度下产生高价金属阳离子,消耗大量电荷,使电流效率小于100%。