由于钨-25%铼(W-25%Re,质量分数)合金具有高熔点、良好的导热性和优异的高温强度,已被广泛应用于军事、航空航天和电气行业[1]、[2]。传统上,W-25%Re合金通常采用粉末冶金(PM)技术制造[3]、[4]。然而,其高硬度使得通过PM技术难以加工出复杂的几何形状[5]、[6]、[7]。选择性激光熔化(SLM)作为一种先进的制造方法,具有无可比拟的灵活性,非常适合批量生产或定制单个具有复杂结构的部件[8]、[9]、[10]、[11]。因此,利用SLM制备具有复杂内外结构的W-25%Re合金引起了众多研究人员的关注,这也扩展了其潜在的应用领域[12]、[13]。
在SLM加工过程中,激光功率、扫描速度、层厚等工艺参数对组件的相对密度、微观结构和缺陷有显著影响[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]、[20]、[21]、[22]。Yamamoto等人[23]使用混合元素粉末作为原料制备了W-1%Re、W-3%Re和W-10%Re样品,获得了高密度(>98%)的样品,并发现铼元素存在明显偏析,这归因于SLM工艺的特性。铼元素的偏析会降低材料性能。Verma等人[24]使用预合金粉末制备样品,获得了相对密度为96.9%和显微硬度为377 HV的样品。先前的研究表明,仅通过优化参数无法消除SLMed W-Re合金中的缺陷。
为克服这些难题,人们已经采用后处理方法来提升增材制造部件的性能。例如热等静压(HIP)和高温烧结等后处理方法可以有效改善微观结构、缓解残余应力、消除缺陷并提高致密度、延展性以及机械和热性能。HIP结合了高温和等静压,是一种有效的提升增材制造部件性能的方法[25]、[26]。特别是,在多种不同材料的研究中,这些方法对于封闭微裂纹和孔隙非常有效。
Sun等人[27]发现,经过HIP处理后,AlSi10Mg合金的内部孔隙数量和尺寸显著减少。Shi等人[28]获得了未经处理和HIP处理后的钨样品的最大相对密度分别为95.91%和98.97%,相应的导热率提高至158 W·m^-1·K^-1。Chen等人[29]发现,HIP处理后的钨在室温下的平均导热率(133 W·m^-1·K^-1)比未经处理的样品(115 W·m^-1·K^-1)高出16%,且HIP处理对密度影响较小。Mao等人[30]表明,经过HIP处理后,增材制造的纯钨的压缩性能显著提升,抗压强度从944 MPa增加到1263 MPa,压缩应变从11.0%增加到16.0%。Yamamoto等人[31]指出,高温(1900 ℃)热处理后的SLMed钨能有效减少纳米孔的数量密度。Chen等人[32]发现,经过1700 ℃后热处理后的SLMed钨样品(相对密度:96%)表现出1261 MPa的峰值抗压强度,比未经处理的状态提高了65%。Eckley等人[33]制备了相对密度为97.6%的W-25%Re样品,经过HIP和氢退火处理后,相对密度分别增加了0.48%和2.3%,最高达到98.8%。SLMed、HIP和氢退火处理后的平均抗拉强度分别为294.6 MPa、505.4 MPa和659.8 MPa。
综上所述,后处理确实可以改善SLM组件的性能。然而,后处理对SLMed W-25%Re合金的相对密度、微观结构、缺陷和拉伸性能的影响仍需进一步研究。本研究中,首先通过SLM制备W-25%Re合金,然后进行HIP和烧结处理以改善其微观结构和性能,旨在评估和理解后处理对这些性能的影响。