Page 90 - 机械工程材料2025年第三期

汪 良，等：激光能量密度和固溶处理对激光选区熔化NiTi合金显微组织和性能的影响

1 试样制备与试验方法 选区熔化设备进行SLM成形试验。采用逐层扫描

的方法，激光功率为80，100，120，140，160，200 W，
SLM成形用NiTi合金粉末以Ni 50.5 Ti 49.5 （原子分
扫描速度为600，700，800，900，1 000 mm · s −1 ，扫
数/%） 合金棒材为原料，通过电极感应气雾化加工
描间距固定为 100 μm，铺粉厚度固定为 30 μm，
而成，化学成分（质量分数/%）为56.09Ni，0.007 4C，
0.004Fe，0.043O，0.001 5N，0.000 7H，余Ti，微观形 为减少层与层之间温度梯度的累积，层间旋转角
貌、粒径分布以及X射线衍射 （XRD）谱如图1所示。 度为67°。计算得到激光能量密度的范围为26.61~
由图1可知，NiTi合金粉末颗粒以球形为主，粒径在 111.11 J · mm −3 。采用SXL-1400C型箱式电炉利用
15~53 μm之间， 呈正态分布，平均粒径为32 μm，粉 真空封管方法对沉积态合金进行950 ℃×2 h固溶处
末中仅存在B2 奥氏体相。采用EOS M290 型激光 理，升温速率为10 ℃ · min −1 ，水冷。

图 1 NiTi 合金粉末的微观形貌、粒径分布和 XRD 谱
Fig. 1 Micromorphology (a), particle size distribution (b) and XRD pattern (c) of NiTi alloy powder
在沉积态合金上截取尺寸为10 mm×10 mm× 型万能材料试验机进行室温拉伸试验，拉伸速度为
10 mm的试样，采用阿基米德排水法计算NiTi合金 0.24 mm · min −1 。
的相对密度。按照GB/T 223.25—1994《钢铁及合 2 试验结果与讨论
金化学分析方法 丁二酮肟重量法测定镍量》对沉积
态合金中的镍元素含量进行分析。采用DSC 8500 2.1 沉积态合金的相对密度
型差式扫描量热仪对沉积态合金的相变温度进行测 由图 3 可以发现，随着激光能量密度的增加，
定。利用XRD-6000型X射线衍射仪 （XRD）对沉积 沉积态合金的相对密度整体呈先增大后减小再略
态和固溶态合金的物相组成进行分析，采用铜靶，扫 微增大的趋势，当激光能量密度为 50.00 J · mm − 3
描范围为20°~90°， 扫描速率为10 （°）· min −1 。在沉 （激光功率 100 W、扫描速度 800 mm · s − 1 、扫描间
积态和固溶态合金上截取金相试样，经打磨、抛光， 距100 μm、铺粉厚度30 μm） 时，相对密度最大，为
用由体积比1∶3∶6的HF、HNO 3 、H 2 O组成的溶液腐 99.88%。当激光能量密度较低时，合金粉末烧结不
蚀后，采用ZEISS光学显微镜和VEGA3 SBU型扫 完全，成形合金中存在孔隙等缺陷，因此相对密度较
描电镜（SEM） 观察垂直于成形方向和平行于成形方 低；而当激光能量密度过高时，SLM过程中会产生
向的显微组织。采用Falcon 503型维氏硬度计测试
垂直于成形方向的硬度，测3次取平均值。按照GB/
T 228.1—2021《金属材料 拉伸试验 第1部分：室
温试验方法》，在沉积态和固溶态合金上平行于成形
方向截取如图2所示的拉伸试样，采用Zwick-Z400

图 3 沉积态合金的相对密度随激光能量密度的变化曲线
图 2 拉伸试样尺寸 Fig. 3 Curves of relative density vs laser energy density
Fig. 2 Tensile sample size of deposited alloy
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