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关于激光快速成形梯度复合结构的探究进展 　　梯度复合结构是结合零件不同部位的不同使用环境特点和性能需要而发展的由两种及以上材料组成的一种新型整体性结构，这种结构可以充分发挥不同材料的性能优势。梯度复合整体性结构的应用可减少零件数量及零件之间的装配连接，显著提高系统的性能水平和和结构效率，在航空航天、国防军工、生物医用等领域具有重要的发展应用前景。 　　目前，梯度复合结构的制备技术主要有粉末冶金、等离子喷涂、自蔓延高温合成、激光熔覆、离心铸造等，这些技术在较大尺寸、复杂形状的梯度复合结构成形方面存在较多限制。 　　激光快速成形技术是一种新型的数字化增材制造技术，该技术通过高功率激光熔化同步输送的粉末材料，可直接由CAD 模型得到具有致密组织和良好综合性能的近终形零件，显著缩短零件制造周期，提高材料利用率，在小批量、高性能、复杂外形零件的近净成形及高价值零件的高质量修复方面有着重要的应用前景。由于该技术在材料组成、凝固组织、外形尺寸等的一体化控制方面具有高度柔性，通过合理的结构设计、材料选择以及工艺匹配，可以发展出集材料设计、制备、成形及组织性能控制于一体的柔性智能制造技术，在新型梯度复合结构的直接成形方面具有显著的技术优势。本文介绍了近年来国内外研究者采用激光快速成形技术制备梯度复合结构方面的研究成果，并简要报道了激光快速成形制备TC11/Ti2AlNb、TA15/Ti2AlNb 双合金材料方面的研究进展，通过分析存在的问题和面临的困难，指出了未来工作的主要方向。 　　连续梯度复合材料/结构的成形 　　为减缓不同材料之间热物理性能的差异，通常在不同材料之间设计连续/ 准连续梯度成分进行过渡，以缓和界面应力。针对不同的目标结构和成形路径方式，主要有单一成形层内连续改变粉末成分及每沉积层之间改变粉末成分两种方式。前者需要由计算机灵活控制的多路连续可调送粉系统，以实时改变粉末成分，同时需要对成形过程进行在线监测和反馈控制，以保证成形结构的内部质量;后者可通过离线方式分别改变两路粉末的送粉量来完成，工艺上比较容易实现，已开展的研究大多基于此方式。研究所涉及的材料体系主要包括Cu-Ni、Invar 合金-316L SS、316L SS-Inconel 690、316L SS-Inconel 718、316L SSRene88DT、316L SS-Ni25、316LSS-Stellite 31、316L SS-Fe3Al、Ti-Rene 88DT、TC4-Rene 88DT、Ti-V、Ti-Mo、Ti-Cr、Ti-TiC、T i - T i A l、T i - T i2A l N b、T i60-Ti2AlNb 等。由于激光快速成形逐层熔化沉积材料的工艺过程特点，不同比例的异种材料在激光熔池的高温作用下经历原位冶金过程及合金化作用，材料体系的选择决定了梯度复合结构梯度过渡区的成分、相组成及性能。 　　对于Cu-Ni、316L SS- 镍基和钴基合金的材料体系，由于合金的主元素之间具有较好的相互固溶特性，较少产生脆性金属间化合物，通过合理的工艺匹配，可以制备出具有良好内部质量的梯度复合结构。对于Ti-V、Ti-Mo 体系，随着V、Mo 元素含量的增加，合金相组成发生显著改变，有望在梯度结构件及生物医用领域获得应用[20]。由Ti-Ni、Ti-Al 相图可知，对于Ti-Ti2AlNb、TC4-Rene88DT 等连续梯度材料体系，由于激光快速成形过程中不可避免地形成较多的Ti2Ni、TiNi3、Ti3Al 等脆性金属间化合物，将带来性能上的不利，因此，在进行复合结构设计及成形过程中应加以避免。Qu等采用激光快速成形技术制备出TA15/gamma;-TiAl 梯度复合结构，研究了梯度材料的成分变化和力学性能，发现gamma;-TiAl 合金侧为由gamma;-TiAl和 alpha;2-Ti3Al 相组成的全片层组织，TA15 一侧为粗大网篮状组织;梯度材料经过800℃ times;48h 的时效处理后，未发现裂纹，沿梯度方向的室温拉伸强度为1198.8 MPa，断后伸长率为0.4%，为脆性断裂。 　　鉴于飞机发动机涡轮盘盘缘和盘心的不同使用环境及性能要求，如心部要求高的断裂强度和低周疲劳强度，而边缘需要高的高温蠕变强度，有人提出采用两种镍基合金如Waspoaloy 和IN100 来分别制造心部和盘缘的设想，并在两者之间采用梯度成分进行过渡。激光成形多材料整体涡轮样件，其心部材料为1Cr11Ni2W2MoV 钢，叶片材料为GH742 合金，盘缘由GH163 合金逐渐过渡至GH742 合金，由于这两种镍基合金均含有大量的合金化元素，导致梯度过渡区成分更加复杂，其内部质量及性能控制方面有较高难度