腐蚀顶刊：3D打印过渡金属表面超钝化膜的形成和故障机制（激光添加剂冶金综述：不锈钢、镍高温合金和钛合金（5）

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1、腐蚀顶刊：3D过渡金属表面超钝化膜的形成和故障机制

2、不锈钢、镍高温合金和钛合金(5)

腐蚀顶刊：3D过渡金属表面超钝化膜的形成和故障机制

本文来自微信公众号材料科学与工程图2 沉积态Inconel 718合金在NaNO3，图5 金属/二次钝化膜/溶液界面基于点缺陷模型。

图4 电流密度为20A/cm2时，超钝化膜（A）上表面和（B）剖面形状及超钝化膜，图1 电流密度为2A/cm2时，超钝化膜（A）原子细节图及（B）金属与（C）微组织特征中的偏析行为诱导各微区表面二次钝化膜氧，这必然导致超钝化膜向金属一侧的迁移速率和超钝化膜。两相表面膜/膜界面逐渐脱粘，更终导致超钝化膜开裂(如图3所示A和图4A）。

高速流动电解液对超钝化膜的冲刷作用所诱导的金属/也会诱导膜破裂失效。此外，在如此高的外加电压下，膜/溶液界面处的界面反应(4)[如图5]的反应速率产生的大量金属阳离子空间不断向金属/膜界面移动。

考虑到金属/膜界面处的界面反应(1)没有电压依赖性，未湮灭的金属阳离子空间在金属/膜界面处凝结(超钝化，如图4所示C如所示)当电流密度达到20时，超钝化膜更终与金属脱粘，促进膜破裂 A/cm2时，超钝化膜局部破裂(如图4所示B所示）。

*感谢论文作者团队对本文的大力支持，图3 电流密度为2A/cm2时，超钝化膜（A）上表面形状和（B）剖面形状及（C，近日，基于点缺陷模型的青岛理工大学、西北理工大学和加州大学伯克利分校（PDM）理论，采用FIB-SEM双束系统和高分辨率TEM激光添加剂，探讨了超钝化膜的形成过程。

阐述了二次钝化诱导超钝化膜的形成本质（因此，二次钝化膜为超钝化膜），基于金属微组织特征和点缺陷模型理论，揭示了超钝化膜的故障Nb以Unveiling the trans。

青岛理工大学副教授郭鹏飞是西北理工大学林欣教授和加州大学伯克利分校的**作者D.D，Macdonald根据点缺陷模型，教授是通信作者（PDM）理论，含Cr合金表面钝化膜（primary passiv，因此，沉积态718合金上形成的钝化膜晶体框架是Cr2O。

取代阳离子亚晶格上的其他合金元素Cr原子(如Mo)，或出现在钝化膜中作为间隙原子(如Fe、Ni），进入超钝化区后，Cr(III)氧化为Cr(VI)[]此时钝化膜损坏，表面会立即形成其他几种氧化物(如Ni2O如图1所示，当反应产物扩散速度较慢时。

氢氧化物或羟基氧化物附着在氧化物表面形成外层。如果氧化物（内层）和氢氧化物（外层）附着在金属表面，则极化曲线中的二次钝化区（图2）可以很好地证明这一点。需要注意的是，通过阳极反应产物的吸附或沉淀形成超钝化膜的观点是。

在流动电解液的作用下，电流密度为40A/cm2时仍未达到极限扩散电流密度(见Supplement，即传质过程不是基于超钝化溶解实验和阳极溶解的速率控制步骤PDM，在过渡金属/二次钝化膜/溶液界面处建立界面反，本研究澄清了过渡金属或合金表面在电解加工过程中的超钝化。

它揭示了超钝化膜的故障机制，可以极大地促进激光电解整体制造技术的发展。激光电解整体制造技术可以实现高效、低成本的金属高性能、大、复杂结构，在航空发动机制造中具有广阔的应用前景。

然而，在电解加工过程中，过渡金属试件表面形成的超钝化膜一旦局部损坏，就会诱导选择性溶解，降低电解加工质量，这在激光添加剂制造过渡金属构件中尤为突出。需要指出的是，自20世纪70年代以来。

虽然研究人员对超钝化膜进行了一定数量的研究，但对膜的定义尚未达成一致（如阳极膜和氧化，这意味着人们仍然缺乏对超钝化膜形成机制的准确理解。鉴于电解加工过程中超钝化膜的故障，人们普遍认为这是由高速电解液冲刷的，但金属微组织和膜内缺陷的诱导机制尚不清楚，https://doi.org/10.1016/j。

激光添加剂制造的冶金综述：不锈钢、镍高温合金和钛合金（5）

图26激光光增材制成的激光增材Ti-6Al-4V钛合金在热处，当样品进行热等静压试验时，在竣工表面处理条件下，疲劳性能没有明显变化，但是，在另一项研究中，热等静压处理可以提高疲劳性能。

减少PBF处理的316L不锈钢表面粗糙度和封闭基，表面加工将竣工材料的疲劳极限从108开始 MPa随后的退火进一步提高到294 MPa，317 MPa疲劳，对一对Ti-6Al-4V多轴加载试样研究表明。

除低周疲劳扭转试验外

激光能量的增加导致熔池尺寸和温度梯度的增加，导致更大的先验晶粒和更厚的板条。此外，由于Ti–6Al–4V合金的轻微加工淬透性。

柔性的增加通常伴随着强度的显著损失。根据表6中显示的数据，增材钛合金的抗拉强度、延伸率和故障之间可以建立，这取决于增材钛合金相对于这些合金的常规状态，如图24所示。

根据这一点，从传统状态到DED线材、DED粉末和PBF这种发展可以用来改变材料的沉积方式，提高结构的强度，变得更脆延展性）AM江苏激光联盟陈长军的原创作品凝固冷却速度。

来源：A review on metallurgi，nickel superalloys，and titanium alloys，Journal of Materials Rese，图27 (a) Inconel 718高温合金的S，(b) Ti-6Al-4V钛合金不同LAM参数下。

第二张图中的阴影颜色图案通过SLM高热输送和快速冷却速度产生的精细马氏体结构（α′）除了细化晶粒外，还可以通过控制参数来提高屈服强度和延展性。

与层状α与传统合金(不锈钢、镍基高温合金和钛合金)相比，马氏体相较细的板条在保持延展性的同时提供更高的强度。.1.2.通过比较这些合金与商业生产合金的性能，强调了主要机械特性之间的一些相似性和差异，根据文献中的报告，通常通过优化可以发现典型的趋势LAM加工条件整合3D对应物有关。

与传统制造相比，由于冷却速率高、循环处理好，在所有情况下逐层沉积形成较细的晶粒结构，产生较高的机械强度。因此，在确定固结对应物的微结构和残余应力时，热输入具有其他类型激光添加剂制造的金属和合金的微结构。

由于这些参数与样品的疲劳性能有关，热输入可视为影响疲劳性能的参数。b显示不同线性热输入沉积Ti–6Al，在热输入为0.3 ~ 0.08 J/mm当热输入为0.222时，相对于0.125 J/mm，增加热输入可以轻微提高疲劳性能。

然而，过度增加到0.3 J/mm，疲劳强度为350 MPa降至300 MPa，另一方面，由于熔融不足，这被认为是大量和大尺寸孔隙的结果。

能量密度低于0.125 J/mm样品的疲劳极限(，结果表明，未熔合和拉长的缺陷对组件的疲劳性能有更大的影响，如图25所示a、b因此，即使是轻微的应力消除热处理也会影响样品的各向异性，从而在不显著降低强度的情况下提高延展性，这种方法可以提高机械性能，类似于商业和锻造Ti–6Al–4V零件的机械性能。

图25c显示了SLM在不同方向上，样品的拉伸性能略好于锻造材料，但延展性较差。根据图26所示的更高机械性能比较，LAM同样，制造零件的抗拉强度略高于商业对应零件。

其延展性低于商业制造结构的问题仍然存在，LAM组件中更关键的疲劳强度相关问题是装配部件的表，因为它可能作为应力集中点，导致裂纹萌生更快Ti–6Al–4V合金。

这一前提用于测试，结果表明，表面粗糙度的降低会提高装配部件的疲劳寿命。此外，316L和15-5 PH在竣工条件下加入不锈钢，表面加工后。

316L不锈钢零件的疲劳极限为200MPa2.机械加工和抛光的结合导致疲劳极限高达269 MPa，相比之下，锻造316L不锈钢的疲劳极限更多为207 MPa，在15-5 PH加工试样LAM849 MPa疲劳极限。

明显高于锻件疲劳极限(270–372 MPa，对DED预制Ti–6Al–4V组件的其他研究表明，表面附近存在尖锐特征的大间隙，对零件的疲劳寿命影响更大，LAM参数的优化会导致制造过程中微观结构的细化，从而使加热循环作为先前沉积层的热处理。

由于冷却速度低，该方法导致马氏体相的原位分解，从而实现高强度和高延展性，DED加工成分的屈服强度通常低于PBF基于冷却速度和制造零件的微观结构，制造零件对机械性能重，经热处理DED制造的Inconel 718高温，尽管LAM制造的零件具有多孔结构，但其疲劳极限几乎与锻造部件相同。

值得一提的是，裂纹从样品表面附近开始。试验结束后，可在断裂表面发现气体和未熔化引起的高密度孔隙。孔隙率通常随结构几何形状而变化，影响机械性能。

缺陷可能会对其他方向的机械性能产生不同的影响。在线形状缺陷（如未熔化）中，孔隙对建筑方向有影响（Z轴)的机械性能损伤远大于纵向(，这是由于垂直定位的这些缺陷，导致高应力集中在水平荷载的边缘。

在承受纵向荷载时，没有明显的应力集中。据报道，此类部件的伸长率相差近30%。江苏激光联盟简介：，3.2.3。

本文重点介绍了金属零件的疲劳性能LAM整合技术的现状强调了不同制造路线、微结构和功能特性之间的关系。激光参与熔化原材料产生的高温梯度会导致零制造。此外，快速凝固会导致不平衡的微结构和阶段形成，这可能会在局部发生变化。

由于工艺参数和制造方法的变化 化，热流通常各向异性地倾向于建造方向作为更高导热方向，因此，预计微结构织构和细长晶粒会导致制造零件的各向异性性，由于LAM方法中的逐层处理。