top of page

利用SLM增材製造方式製作雙相難熔中熵合金NbMoTi

Yinan Chen a, Bo Li


本篇論文介紹利用選擇性雷射熔化(SLM)增材製造技術,成功製造出雙相難熔中熵合金NbMoTi。


由於高熔點,單一BCC相元素金屬的製造難度大,同時單一相元素金屬的性質單一,限制了合金的性能。因此,本研究探討以Nb,Mo和混合MoNbTi粉末的成形分析,並且藉由 FLOW-3D模擬下,首次成功證明了利用雷射加工,可以從粉末混合物中原位合金化生産MoNbTi中熵合金。製造參數的最佳化可通過數值模擬來縮短流程設計周期。本研究並且分析了非平衡固化過程中MoNbTi合金樣品的雙相微觀結構。


金屬材料規格如下




實驗方式

  1. 將Nb、Mo和Ti粉末混合,並通過三維粉末混合機進行攪拌36小時,得到混合粉末。

  2. 通過數值模擬(FLOW-3D)確定最佳化的加工參數,如雷射功率、掃描速度、掃描間距和層厚等。

  3. 以SLM技術製備出Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品,並使用阿基米德測量法測量了它們的密度。


實驗結果表明,經過最佳化的加工參數可以成功製備出高密度的Nb、Mo和NbMoTi高熵合金樣品。




結果與討論


參數設計

以FLOW-3D進行數值模擬來確認加工參數。通過改變掃描速度、孵化間距和層厚等參數,模擬出不同參數下元素Nb的熔池變化情况。當掃描速度降低時,熔池的幾何尺寸增加,熔池的液面下降。在速度爲300 mm/s時,熔池的瞬時最高溫度爲4261 K,且成功完成SLM成形。當速度下降到200 mm/s時,液面凹陷,成形效果較差。




微結構分析

以EBSD對SLM製造的單相BCC晶體結構的元素Nb樣品的微觀結構進行表徵。結果顯示,樣品中存在典型的柱狀晶,在平行于BD方向的平面上,柱狀晶的尺寸達到30×500 μm,在垂直于BD方向的平面上,等效圓直徑小于120 μm,平均值爲41 μm。Mo樣品的EBSD圖像與Nb樣品高度相似,因此本部分僅討論SLM製造的Mo樣品的晶粒尺寸,其晶粒尺寸相對均勻且小于Nb樣品。 











討論

  1.  SLM參數設計的關鍵因素,包括了掃描速度、孵化間距和層厚等。

  2. 不同合金的SLM參數,必須搭配不同的加工間距與加工層厚。


本研究介紹如何利用數值模擬找出加工參數的設計方式,並且以EBSD顯示SLM加工工件的微關結構。


本研究成功設計出Mo和NbMoTi合金的參數,並且證明數值模擬結果可以協助開發新合金的SLM參數設計,克服了設計高熵合金參數的困難。

Comentarios


bottom of page