南工大&南大顶刊丨微量稀土氧化物实现激光增材制造Ti6Al4V钛合金增强增韧

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由于钛及其合金具有重量轻、比强度高和比模量大等特点，因此被广泛应用于航空航天、海洋、石油化工和生物医学等各个行业。然而，钛及其合金的进一步应用仍受到一些缺点的限制。一方面，实现强度和延展性之间的平衡仍然是钛合金开发过程中的一个重要问题。另一方面，钛合金的低硬度和低耐磨性也阻碍了其工程应用。因此，人们开发了各种方法来克服这一问题，获得高强度和高韧性的钛合金。

稀土元素及其氧化物对于冶金溶液和金属材料的净化和改性至关重要。熔池中稀土氧化物 (REO)的存在会加快冶金反应速度，并促进液态金属在熔池中的扩散和渗透。在LMD过程中，部分Y2O3会分解成Y原子和O原子。稀土元素本身是表面活性元素，可降低表面张力和界面能，降低临界核能，促进异质成核。此外，稀土原子Y具有高活性，容易与基体中的O原子结合形成强化相Y2O3，而Y2O3往往分布在晶界或相界，阻碍晶界或相界的运动，从而抑制晶粒长大。其次，稀土氧化物通常具有较高的熔点。Y2O3颗粒的熔点为2410℃，在LMD过程中不会完全分解。这些未分解的Y2O3 颗粒可作为合金中各相的异质成核核心，促进异质成核并提高成核率。从而促进α相的等轴化转变，提供优异的延展性。

图1 激光熔化沉积制备Ti6Al4V/Y2O3复合材料的示意图

近日，南京工业大学、南京大学、北京航空制造技术研究院联合在Materials Science & Engineering A国际著名杂志发表文章 Effect of Y2O3 addition on microstructure and properties of Ti6Al4V by laser melting deposition, 第一作者韩威硕士，通讯作者孙中刚教授。

本研究采用LMD增材制造技术制备了不同质量比的Ti6Al4V-x Y2O3 (x=0,0.1,0.5,0.9) 合金。该研究的重点是探索Y2O3含量对微观结构的影响，特别是对α相晶粒尺寸和形状的影响。此外，该研究还研究了Y2O3含量对复合材料力学性能的影响，包括拉伸性能和显微硬度。该研究还深入探索了Y2O3促进α相等轴转变的机制及其在复合材料增强中的作用。最后，我们评估了不同质量比的Ti6Al4V-x Y2O3合金的耐磨性。本工作为提高Ti6Al4V合金在AM中的力学性能提供了新的方法和丰富的数据。