氧化问题是增材制造过程中常见的问题之一，严重的氧化会导致金属材料性能（尤其是韧性）变差。直接能量沉积法（Directed Energy Deposition, DED）是主要的增材制造方法之一，由于其整个过程在开放环境中进行，因而在打印过程中更容易产生氧化。目前，科研人员主要是通过优化参数、优化保护气体的防护效果等方法来避免氧化，但效果并不理想。
图1 316L颗粒及TiC颗粒的SEM图像及尺寸分布图
近期，省科学院智能制造研究所毕贵军团队与新加坡南洋理工大学、澳大利亚斯威本科技大学合作，利用TiC颗粒对激光的高吸收率以及与氧气的原位反应，成功抑制了激光辅助增材制造（Laser Aided Additive Manufacturing, LAAM）过程中的氧化，并提高了材料的力学性能。研究发现，316L粉末在激光辅助增材制造过程中容易与氧气反应生成Si/Mn/Cr的大颗粒氧化物并产生聚集，破坏材料性能。而TiC对激光的吸收率远高于316L，并且更易于和氧气发生反应，产物为CO2和细小的TiO2，CO2逸出熔池而降低氧含量，细小而均匀分布的TiO2可以起到弥散强化作用，从而提高增材制造材料性能。该研究为抑制增材制造过程的氧化提供了新方法，采用这种方法制备的316L不锈钢氧含量降低了51.6%，同时韧性提高了54.1%，屈服强度和抗拉强度分别提高了5.6%和11.4%。该研究获得了广东省科学院发展专项资金项目资助。
图2 激光增材加工不同颗粒过程示意图
图3 添加TiC前后硬度及拉伸性能变化情况
相关研究成果“Improvement of mechanical properties through inhibition of oxidation by adding TiC particles in laser aided additive manufacturing of stainless steel 316L”发表在国际学术期刊Materials Science & Engineering A（IF=6.044）上，张理为第一作者，毕贵军研究员为第一通讯作者。
论文信息：Li Zhang, Wengang Zhai, Wei Zhou, Xiaoqi Chen, Lijia Chen, Bing Han, Lichao Cao, Guijun Bi. Improvement of mechanical properties through inhibition of oxidation by adding TiC particles in laser aided additive manufacturing of stainless steel 316L [J]. Materials Science and Engineering: A, 2022, 853:143767.
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