西安交大解决单晶叶片3D打印修复后的再结晶难题
西安交大解决单晶叶片3D打印修复后的再结晶难题
航空发动机的叶片是由成本昂贵的单晶镍基高温合金制成。由于服役环境苛刻，单晶叶片容易受到局部损伤，发展可靠的叶片修复技术对航空发动机延寿、降成本至关重要。
而3D打印凭借其“精准定位、可控增材”的特点在单晶叶片的修复/再制造领域展现出良好的应用前景。但由于3D打印冷却速度快，容易造成高残余应力、高位错密度的亚稳态微观组织结构。这种亚稳态结构在标准热处理或服役过程中容易发生再结晶，导致材料高温力学性能下降，造成安全隐患。因此急需针对3D打印单晶高温合金目前存在的问题，研发一种新的工艺，使之满足无再结晶，应力小、位错密度低，且沉淀强化相的形貌、密度与基体高温合金一致的要求。
高温合金的标准热处理制度一般由固溶、时效组成，实践证明该工艺流程会导致3D打印高温合金发生再结晶。
西安交通大学材料学院教授陈凯、单智伟及其合作团队在国家自然科学基金与国家重点研发计划的支持下，经过系统的文献调研与综合分析，提出并证实在固溶前增加“回复”步骤，可以消除再结晶驱动力。经过“回复-固溶-时效”处理，先是高温合金的残余应力伴随微观组织γ′相的定向粗化而消除，且位错密度可降低至热处理前的5%左右，时效后沉淀强化γ′相达到与铸态基材相同水平。相关研究成果发表于《先进材料》。
因他们发现的现象与高温合金在高温蠕变条件下发生的筏化效应相似，且在事实上起到了回复的效果，将其命名为“筏化-回复”效应。这一发现突破了经典观念所认为的“单晶高温合金不具备回复能力”的认知，为设计3D打印高温合金的非标准热处理制度提供了理论依据，并表明新的热处理制度完全能满足3D打印单晶叶片修复的需求。
相关论文信息：https://doi.org/10.1002/adma.201907164
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