Titomic利用熱等靜壓技術(shù)提高增材制造鈦部件的材料性能

2023年8月29日，南極熊獲悉，先進制造公司 Titomic正在利用熱等靜壓 (HIPing)技術(shù)幫助澳大利亞核科學技術(shù)組織 (ANSTO)改善增材制造鈦部件的材料性能。ANSTO 通過引入 HIP 技術(shù)來支持其創(chuàng)新的廢物處理工藝——ANSTO Synroc。

ANSTO Synroc Technologies 技術(shù)總監(jiān) Gerry Triani 說道：“ANSTO 在 HIP 領(lǐng)域擁有 30 多年的運營專業(yè)知識，并管理著澳大利亞最大的 HIPing 設施。我們的能力包括在熱處理過程之前和之后對材料的性能進行鑒定和表征，這對于制造業(yè)來說是一項非常有用的能力�！�

Titomic 使用商業(yè)純鈦作為粉末原料，而不是鈦合金粉末，用于極端環(huán)境（例如航空航天部件）的近凈形狀產(chǎn)品的增材制造。

  

資料來源：ANSTO

熱等靜壓是一種通過減少孔隙率和細化微觀結(jié)構(gòu)來改善材料性能的制造工藝。它涉及在高溫下對材料施加惰性氣體壓力，以消除制造部件的閉孔。

鈦具有高強度重量比、良好的機械性能和優(yōu)異的耐腐蝕性，但難以加工成工程材料。純鈦原材料比鈦鋁合金粉末便宜得多，后者是通過氣霧化法生產(chǎn)的，通常呈球形。

前航空航天工程師、Titomic現(xiàn)任高級技術(shù)專家Neil Matthews AM說道：“鈦是一種非常活潑的材料，也是受其他元素影響最嚴重的材料之一，它對氧氣的影響特別敏感。我們一直在研究使用后處理和熱等靜壓處理，將鈦零件的孔隙率降低到百分之一以下，這與傳統(tǒng)生產(chǎn)的鈦鋁合金的標準相當�！�

熱等靜壓處理前（左）和熱等靜壓處理后（右）的冷噴涂鈦樣品。

增材制造鈦部件的主要問題是作為層狀沉積堆積的一部分而產(chǎn)生的孔隙/空隙的形成。在高負載下，這些空隙會損害延展性（拉伸或彎曲的能力），進而導致災難性的斷裂模式�？障兜拇嬖谝矔�影響零件在循環(huán)載荷下的耐用性。Matthews說：“我們著眼于增材制造過程中所有參數(shù)、顆粒尺寸、顆粒速度以及后續(xù)機械行為的優(yōu)化�！�

他還表示：“在冷噴涂中使用不規(guī)則形狀而不是球形的顆�？梢蕴岣邩�(gòu)建速度并減少空隙。因此，必須針對這些材料的工作條件來解決孔隙率問題�？障兜拇嬖谠黾恿硕鄠�裂紋萌生的可能性，這些裂紋可能結(jié)合在一起使零件變脆，從而損害結(jié)構(gòu)完整性。我們提供的鈦零件或維修件必須具有與傳統(tǒng)金屬生產(chǎn)熱處理工藝生產(chǎn)的零件相同的水平。我們的目標是生產(chǎn)一種具有良好機械性能的材料，非常接近排名最高的鈦合金（例如 Ti64）所提供的標準�！�

ANSTO增材制造鈦部件的熱等靜壓處理過程中是在氬氣氣氛中進行的，并對材料施加了最高可達200MPa 的壓力。

Matthews 擁有增材制造工藝相關(guān)驗收和認證方面的專業(yè)知識，他表示：“在 Titomic 優(yōu)化冷噴涂增材制造工藝以提供最大沉積效率和最大粘合強度之后，我們應用熱處理來重新排列晶粒并改善微觀結(jié)構(gòu)，然后作為后處理步驟進行 HIPing 以增加密度。了解后處理方法背后的科學問題對于行業(yè)監(jiān)管機構(gòu)和客戶來說非常重要。我們需要 ANSTO 材料科學家等專家來選擇參數(shù)，包括 HIPing 的溫度、壓力以及等溫保持時間。”

增材制造中的孔隙生成和應力誘導開裂問題也可以采用增材制造領(lǐng)域內(nèi)的其他后處理技術(shù)來解決。