激光辅助技术使合金获得了更好的耐热性和抗裂纹能力
研究人员开发了一种新的激光沉积技术，该技术沉积获得的高温合金裂纹少，而且具有良好的力学性能。合金通常含有两种或两种以上的金属元素。这些元素共同作用使合金材料具有良好的综合性能。例如，将金属元素Cr、Co、Mo、Ti、Al添加到镍合金中，就使其具有良好机械强度，较高的高温蠕变强度，良好的表面稳定性、耐腐蚀性和抗氧化性。
目前，毕桂军及其在新加坡A * STAR制造技术研究所的同事们，使用一种叫做激光辅助添加制造的技术，对一种称为IN100（一种最先在燃气涡轮机中开发使用的耐热材料）的镍基合金进行了优化。不幸的是，其较高钛和铝含量（这两种元素含量占合金元素的11％以上）使合金在熔融沉积和焊接过程中，时间长了容易开裂。 “这就是为什么IN100通常以铸铁或粉末的形式生产”，毕解释说：“像融合沉积这样的技术从未在IN100上尝试过，因为在激光处理期间，快速冷却可能诱发应力开裂”。
毕桂军及其团队表示，采用他们的技术制造的IN100能够很好避免这种有害的开裂。在激光辅助添加制造过程中，他们发射了一个红外激光束，在基底表面上形成了熔池。与此同时，颗粒尺寸在20和46微米之间的IN100粉末通过粉末进给喷嘴到达熔池，粉末就熔化沉积到IN100铸板上（参照图像）。最后，他们通过三步后热处理对合金进行强化。其中，最高温度可达1080摄氏度。
他们还利用光学电子显微镜以及X射线分析研究了合金的组织结构和物理性能，经分析表明，该结构无裂缝并且孔隙率低。他们认为该优良结构得利于沉积过程中的相对较低的热量输入。因为在沉积过程中，他们使用的是直径小于500微米的激光斑点，这大概是传统材料沉积中使用的激光斑点直径的一半左右。
“我们的方法提高了沉积过程中热量输入的可控性，”毕桂军说，“它可以减小热影响区的深度和在材料沉积过程中积累的残余应力”。
