上海航天信息研究所、上交大 l 航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

上海航天信息研究所、上交大 l 航天用镍基高温合金及其激光增材制造研究现状

随着航天器部件复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势，传统的铸造或锻造加工技术已难以满足需求。激光增材制造（LAM）技术作为逐层堆积的新型制造方式，为复杂部件的制备提供了理想解决方案。本文将介绍上海航天信息研究所与上海交通大学研究团队在《精密成形工程》期刊上发表的关于航天用镍基高温合金及其激光增材制造的研究现状。

图1：IN 617 高温合金蜂窝夹芯结构及侧壁示意图

图2：LPBF 综合加工图的构建

图11：激光增材制造的镍基高温合金航天构件

镍基高温合金在航天领域的应用现状

在航天领域，镍基高温合金因其优异的高温性能和抗氧化性能而被广泛应用。随着航天器部件复杂化、薄壁化、复合化、一体化的发展趋势，传统的铸造或锻造加工技术已难以满足需求。激光增材制造（LAM）技术作为逐层堆积的新型制造方式，为复杂部件的制备提供了理想解决方案。

激光增材制造技术的研究现状

研究团队以研究最多的IN 718和IN 625合金为例，总结了镍基高温合金增材制造的研究现状。研究表明，增材制造综合加工图和实验设计方法是两种行之有效的方法。增材制造技术极快速冷却的特点引起镍基高温合金材料内部存在普遍的局部微观偏析现象，导致常规热处理工艺不再是最优工艺。

典型案例分析

通过5个典型的增材制造镍基高温合金航天构件案例展示了增材制造技术的优势。这些案例包括：

• IN 617 高温合金蜂窝夹芯结构
• LPBF 综合加工图的构建
• 合金成分及工艺参数对裂纹出现倾向和孔隙率的影响
• 增材制造样品的微观偏析
• 增材制造后热处理对不同镍基高温合金力学性能的影响
• 970 ℃固溶时效时 δ 相的析出及长大
• 新型热处理工艺提供优异的强塑性
• 增材制造对 IN 625 合金中 δ 相析出动力学的影响
• 不同热处理工艺对 LPBF−IN 625 合金微观组织和力学行为的影响
• HIP 对增材制造IN 718合金微观组织的有益影响
• 激光增材制造的镍基高温合金航天构件
• LPBF和DLMD技术的比较

未来研究方向

尽管增材制造技术在航天器构件制备方面有很多成功的案例，但“材料–增材制造工艺–后续热处理–组织–性能”之间的匹配关系仍不是十分清晰。未来研究应重点关注以下几个方面：

1. 厘清关键合金元素与增材制造缺陷的关联关系
2. 优化合金成分和增材制造工艺参数以减轻或消除微观偏析现象
3. 开发新的热处理工艺以获得高强韧增材制造镍基高温合金
4. 加强对增材制造镍基高温合金其他性能的评价
5. 开展全面系统的研究以满足未来航天领域快速发展的挑战