钛合金增材制造稳定性研究论文

增材钛合金粉末产量：江苏金物年产钛合金3D打印粉末超100吨，技术源自北京科技大学。凭借北京科技大学10多年来在钛合金粉末方面的深入研究，金物新材研发出独有的IPCA（联合气雾化）技术以及相应的生产制造装备；● 预计公司在2021年末可达年产120吨钛合金粉末的规模；● 金物新材的钛合金粉末产品，在各项指标上都不输国际一流品牌；● 近几年3D打印用钛合金粉末的价格已经到1300-1800元/千克的区间，呈现出明显的下降趋势。

钛合金具有质量轻、比强度高、耐腐蚀性好等优点，故被广泛应用在汽车工业中，应用钛合金最多的是汽车发动机系统。利用钛合金制造发动机零件有很多好处。[1] 钛合金的密度低，可以降低运动零件的惯性质量，同时钛气门弹簧可以增加自由振动，减弱车身的振颤，提高发动机的转速及输出功率。 减小运动零件的惯性质量，从而使摩擦力减小，提高发动机的燃油效率。选择钛合金可以减轻相关零件的负载应力，缩小零件的尺寸，从而使发动机及整车的质量减轻。零部件惯性质量的降低，使得振动和噪声减弱，改善发动机的性能。 钛合金在其他部件上的应用可提高人员的舒适度和汽车的美观等。在汽车工业上的应用，钛合金在节能降耗方面起到了不可估量的作用。 钛合金零部件尽管具有如此优越的性能，但距钛及其合金普遍应用在汽车工业中还有很大的距离，原因包括价格昂贵、成形性不好及焊接性能差等问题。 阻碍钛合金普遍应用于汽车工业的最主要原因还是成本过高。 无论是金属最初的冶炼还是后续的加工，钛合金的价格都远远高于其他金属。汽车工业能够接受的钛制零件成本，用连杆钛材8～13美元/kg，气阀用钛材13～20美元/kg，弹簧、发动机排气系统及紧固件用钛材希望在8美元/kg以下。是铝板材的6～15倍，钢板材的45～83倍。

熔点高 密度小 抗腐蚀性能非常好

植入物纯钛一般称为“生物钛”，主要用于血管支架等植入体内的医疗器具原材料，特点是纯度高、永久不腐蚀、人体亲和性好。钛合金是在钛金属内添加其他金属材料做成的合金，优点是韧性更好、价格低，但强度、耐腐蚀性、舒适度、质感等方面都无法和纯钛相比。

钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料 一、锌合金的特点 1. 比重大。 2. 铸造性能好，可以压铸形状复杂、薄壁的精密件，铸件表面光滑。 3. 可进行表面处理：电镀、喷涂、喷漆。 4. 熔化与压铸时不吸铁，不腐蚀压型，不粘模。 5. 有很好的常温机械性能和耐磨性。 6. 熔点低，在385℃熔化，容易压铸成型

我也打串钩好多年了，矶杆、筏杆、海杆都用过，个人认为，如果手头有软一点的海杆或筏杆，完全可以凑合用，前提是要换细线，如果要买，冬钓的话，还是矶杆比较有优势，矶杆长，便于抛投，远近兼顾。而筏杆较短，再挂上串钩，对于抛竿动作要求就高了，新手往往抛不准。且矶杆杆稍细软，反映信号比较灵敏，适合钓冬季吃口轻的鱼。至于长度，建议买4.5米的，因为你买了杆子不仅仅是冬天用吧？4米5的矶杆还可以用来夏天搏巨物，用途更广，更实惠。

合金的优点： 1.使熔点降低，便于铸造成型。 2.增加某些特殊性能。例如：铝合金，铝合金是纯铝加入一些合金元素制成的，如铝—锰合金、铝—铜合金、铝—铜—镁系硬铝合金、铝—锌—镁—铜系超硬铝合金。铝合金比纯铝具有更好的物理力学性能：易加工、耐久性高、适用范围广、装饰效果好、花色丰富。 例如镁合金的优点是密度小、比强度、比刚度高,抗震能力强,可承受较大的冲击载荷;同时,切削加工和抛光性能好,是航空航天、仪器仪表、交通运输等工业部门的重要结构材料。 3.合金的硬度大于其组成的金属。例如铝合金 合金的缺点： 1.一些合金易形成电化学腐蚀（形成原电池） 缺点很少

钛合金表带质轻，因为传热慢，所以不会感觉冷冰冰的的。不会过敏。

(1)铝型材 铝材属于金属类别中有色金属之一，由于应用较广，单独介绍如下：常用有铝型材和压铸铝合金两种。其中主要由纯度高达92%以上的铝锭为主要原材料，同时添加增加强度、硬度、耐磨性等性能金属元素，如碳、镁、硅、硫等，组成多种成分“合金”。 1.1铝型材 铝型材常见如屏风、铝窗等。它是采用挤出成型工艺，即铝锭等原材料在熔炉中熔融后，经过挤出机挤压到模具流出成型，它还可以挤出各种不同截面的型材。主要性能即强度、硬度、耐磨性均按国家标准GB6063。优点有：重量轻仅2.8，不生锈、设计变化快、模具投入低、纵向伸长高达10米以上。铝型材外观有光亮、哑光之分，其处理工艺采用阳极氧化处理，表面处理氧化膜达到0.12m/m厚度。铝型材壁厚依产品设计最优化来选择，不是市场上越厚越好，应看截面结构要求进行设计，它可以在0.5~5mm不均。外行人认为越厚越强硬，其实是错误的看法。 铝型材表面质量也有较难克服的缺陷：翘曲、变形、黑线、凸凹及白线。设计者水平高者及模具设计及生产工艺合理，可避免上述缺陷不太明显。检查缺陷应按国家规定检验方法进行，即视距40~50CM来判别缺陷。 铝型材在家具中用途十分广泛：屏风骨架、各种悬挂梁、桌台脚、装饰条、拉手、走线槽及盖、椅管等等，可进行千变万化设计和运用！ 铝型材虽然优点多，但也存在不理想的地方： 未经氧化处理的铝材容易“生锈”从而导致性能下降,纵向强度方面比不上铁制品.表面氧化层耐磨性比不上电镀层容易刮花.成本较高，相对铁制品成本高出3~4倍左右。 #r(M;F0k!n5D 1.2压铸铝合金 压铸合金和型材加工方法相比，使用设备均不同，它的原材料以铝锭（纯度92%左右）和合金材料，经熔炉融化，进入压铸机中模具成型。压铸铝产品形状可设计成像玩具那样，造型各异，方便各种方向连接，另外，它硬度强度较高，同时可以与锌混合成锌铝合金。 压铸铝成型工艺分： 1、压铸成型 2、粗抛光去合模余料 3、细抛光; 另一方面，压铸铝生产过程，应有模具才能制造，其模具造价十分昂贵，比注塑模等其它模具均高。同时，模具维修十分困难，设计出错误时难以减料修复。 压铸铝缺点： 每次生产加工数量应多，成本才低。抛光较复杂生产周期慢产品成本较注塑件高3~4倍左右。螺丝孔要求应大一点（直径4.5mm）连接力才稳定适应范围：台脚、班台连接件、装饰头、铝型材封口件、台面及茶几顶托等，范围十分广泛。 （2）五金类中国家具论坛,中国最大的家具社区,由家具行业权威姚梅晶女士悉心创建,所有的家具人,都可以充分利用这个平台,做自己想做的事!5_2H(Z0i2z1w2F “五金”概念属通俗说法，标准分类应划分为黑色金属和有色金属两大类，它在家具中运用有管状、棒状、板状、线、角状几种 0H;x3^0M)K 2.1黑色金属件 主要指铁制品，它优点是：耐变形、强度特高、耐磨性好、硬度高、价格低，寿命长。属碳素铁合金，它分高碳钢、低碳钢、中碳钢；它分圆管、方管、角铁、钢板几类。圆管类主要用于椅子类产品；方管用于梁、托架类；钢板主要用于台桌的挡板、屏风板、挂件、托臂、金属柜、门等。 钢铁制品缺点： 1、易生锈 2、体积重中国家具论坛,中国最大的家具社区,由家具行业权威姚梅晶女士悉心创建,所有的家具人,都可以充分利用这个平台,做自己想做的事!3`-h6d,u+v4W 3、怕潮湿 解决上述缺陷方法有电镀、喷涂、发黑发蓝处理等。 五金件加工成型方法较多：折弯、冲切、钻孔、焊接、切割、压形。总之，按设计要求或产品要求进行加工。 2.2有色金属件 指除铁制品外一切金属件如：铝、铜、锌、不锈钢等。它有一个特点不容易生锈、强度较黑色金属差，家具中采用较多有：铝板、铝棒、不锈钢管、不锈钢板、铜板、锌板。 不锈钢制件：不锈钢制件分不锈铁和不锈钢两大类：常称“430”为不锈铁，“304”为纯不锈钢，判别它们方法之一：用磁铁测试，“430”能被磁铁吸住，而“304”则不能。不锈钢件比重略高于铁制品，价格却比铁制品高出4倍之多，因此，只有高档产品才使用。 铜制品：铜制品分纯铜和铜合金。纯铜又称紫铜，强度硬度较差，但韧性好。铜合金中应用于家具较多为黄铜，它是一种含锌为主合金铜。纯铜价格略高“304”不锈铜30~40%，而黄铜则比纯铜低20%价格。铜合金硬度、强度比不锈铜略高，但易断裂、脆性较大。家具中应用铜件主要为拉手、预埋螺丝。为了防止“生锈”，纯铜一般要电镀后才能使用，而黄铜则不需要，大面积使用于家具的制品较少。 锌制品：纯锌制品使用较少，主要与以锌合金或钢铁结合使用。如镀锌板、电解板等。家具中使用较少，原因为锌制品强度较差。锌合金配件如偏心扣、结构件连接点（件）等。锌合金比重比铁略低约6.8左右，价格介于钢铁和铝合金之间，多数锌合金以压铸件形式生产家具配件 钛、锆合金：此类属较昂贵金属，它用于家具中多数以电镀形式出现，用于高档拉手、合页及高挡外露连接件或酒店家具之中。其电镀成本比镀铬成本高40%左右，但外观高档类似金银产品，耐磨性十分好，不会生锈。 2.3铸件金属 家具五金制品中有很多采用铸件，如拉手、门铰等，目前市场流行各种铸件生产工艺方式很多，如：精铸工艺、压铸工艺、浇铸工艺。铸件材料有黄铜、不锈钢、锌锡合金、铝合金。铸件产品特点：精致、造型特别等。缺点为单件成本高，不同铸件工艺成本均不同，大致高到低，精铸压铸浇铸，模具造价高到低为：压铸精铸浇铸。铸件产品缺点为：生产周期略增，产品要经2~3道工序才能做出合格配件，而配件还要按不同要求进行或电镀、抛光、拉丝、喷砂、喷油等表面装饰处理。

只搜到这些资料，希望对楼主会有点帮助！铸造为例 锌合金硬度65-140，抗拉强度260-440 铝合金硬度45-90，抗拉强度120-290 总体锌合金比铝合金硬度高，抗拉强度大了。使用情况也不同了 lz你可以看看机械设计手册，这样的区别 ，没有太大的用处。他们的区别太大了铝合金塑性好，但强度低，但它的比强度要高，适合用于承载大重量的中等结构材料中，铝合金和锌合金都有较好的耐蚀性能锌合金比铝合金硬度高，抗拉强度大，但也没有绝对的界限。铝合金的密度小，硬度也有很大的，像2***系和7***系列的合金，其硬度都是非常大的，而且抗拉强度也比较好。他们最主要区别在于成分，锌合金的主元素是锌，一般大于85%，铝合金金主元素是铝，一般大于87%，具体要看合金的种类、牌号，简单理解就是锌合金就是在锌里面添加其他合金元素，铝合金亦然以锌为基加入其他元素组成的合金。锌合金熔点低，流动性好（可铸薄壁零件），易熔焊、钎焊和塑性加工，在干燥空气和大气中耐腐蚀，残、废料便于回收和重熔；但蠕变强度较低，自然时效会使尺寸发生变化。锌合金按制造工艺可分为铸造锌合金和变形锌合金两类。铸造合金的产量远大于变形合金。下表中列出几种重要锌合金的成分、性能和用途。 铸造锌合金 依铸造方法不同又分为压力铸造锌合金（在外加压力作用下凝固）和重力铸造锌合金（仅在重力作用下凝固）。 压力铸造锌合金 这种合金从1940年在汽车工业中应用以后,发展较快,产量剧增。在锌的消耗总量中，约有25％用来生产这种合金。最常用的合金系为Zn-Al-Cu-Mg系。 铝能细化晶粒，提高锌的强度和冲击韧性，并能明显地减轻熔融锌对铁容器的腐蚀，避免铸件与压铸模的焊合或粘连，使锌合金可在热室型压铸机中生产，以提高生产率。铝的适宜含量约为3.5～4.3％。 铜能提高锌合金的强度、硬度和耐蚀性，但加入量过多会降低时效后的合金冲击韧性和尺寸稳定性。压铸锌合金中铜的最高含量为 1.25％，最好控制在1％以下。如铸件很大或尺寸稳定性要求很高，宜选用含铜量较低的合金。 镁在压铸锌合金中能减轻材料的腐蚀，还可以消除铅、锡等杂质的有害影响；镁的含量约为0.01～0.08％，通常不超过0.05％。如含量过多会产生热脆性，使铸造发生困难。 某些杂质明显影响压铸锌合金的性能。因此对铁、铅、镉、锡等杂质的含量限制极严,其上限分别为0.005％、0.004％、0.003％、0.02％，所以压铸锌合金应选用纯度大于99.99％的高纯锌作原料。 重力铸造锌合金 可在砂型、石膏模或硬模中铸造。这种锌合金不仅具有一般压铸锌合金的特性，而且强度高，铸造性能好，冷却速度对力学性能无明显影响，残、废料可循环使用，浇口简单，对过热和重熔不敏感，收缩率小，气孔少，能电镀，可用常规方法精整。 变形锌合金 工业上应用的变形锌合金除了传统品种外，出现了Zn-1Cu-0.1Ti和 Zn-22Al合金。前一种合金经轧制后,由于有TiZn15金属间化合物弥散质点沿轧向排列成行，可阻碍晶界移动，因而可显著提高蠕变强度。这种锌合金晶粒细，具有良好的低温塑性，除采用一般成型方法生产制品外,还可轧制成复杂形状的型材。Zn-22Al合金在一定条件下具有超塑性。

2021年末钛合金产能将达120吨△钛合金粉末工厂内部 据南极熊了解,金物新材位于江苏省泰州市粉末冶金工业园区的独立生产设施,占地总规模达594亩,其中一期钛合金粉末基地规模超20000平方米,球形钛合金粉末年产能达60吨。二期产线也已陆续上马,预计在2021年末可达年产120吨钛合金粉末的规模。

增材制造技术的快速发展，为钛合金的生产制造提供了新的方法，激光/电子束、熔焊和固态焊三种增材制造方法在钛合金生产中得到了国内学者的广泛研究。研究表明，钛合金采用增材技术可得到高质量零件，但不同增材技术具有不同技术特征，实际应用及未来发展中需要根据实际需求采用不同的增材方法。

1.序言

钛及钛合金因具有密度小、耐高温、耐腐蚀等优异的物理性能及化学性能，在各工业领域都具有广阔的应用前景，包括船舶制造、航天航空、汽车制造等，同时它也是国防工业的重要材料之一。钛合金的应用对工业发展起到巨大的推动作用，优于传统材料的性能使其产品质量有了很大提升，满足了工业发展对新材料、新工艺的发展要求，加速了现代工业的发展。随着钛生产力的不断改善，钛合金已经成为工业生产中的第三金属。

增材制造（Additive Manufacturing，AM）又称“3D打印”，是一种可以实现构件的无模成形的数字化制造技术，具有设计和制造一体化、加工精度高、周期短，产品物理化学性能优异等特点。增材制造技术从20世纪70年代以来发展迅速，因其与传统制造技术具有巨大差异，已然成为工业领域的研究热点，在现代工业的多领域都得到了快速发展。

增材制造技术的迅速发展，理论上可以实现任何单一或多金属复合结构，为复杂结构件的制造提供了新方法。钛合金的增材制造技术，解决了精密结构件的加工难题，进一步加大了钛合金的应用范围。伴随着工业社会的迅速发展，钛合金增材制造技术日新月异，按照增材制造技术的热源不同，可将钛合金增材制造技术分为激光/电子束增材制造、熔焊增材制造和固态焊增材制造三种方式。国内外的专家学者通过不同的增材制造技术手段，优化工艺方法，稳定增材制造过程，减少或避免增材制造结构缺陷产生，使钛合金增材制造技术朝着绿色、高效、稳定的方向继续发展。

2. 激光/电子束增材制造

激光束和电子束作为高密度束源，能量密度高并可调控，被誉为21世纪最先进的制造技术。目前激光/电子束增材制造主要分为激光金属沉积（Laser Mental Deposition，LMD）技术、激光选区熔化（Selective Laser Melting，SLM）技术、电子束熔丝沉积（Electron Beam Free Form Fabrication，EBF3）技术、电子束选区熔化（Electron BeamMelting，EBM）技术，在钛合金增材制造领域皆有广泛研究。

2.1 激光金属沉积（LMD）

Mahamood等人采用LMD技术进行了Ti6Al4V/TiC 的功能梯度材料（Functionally gradedmaterials，FGM）研究，根据早期经验模型进行工艺优化，获得优化后的功能梯度材料，对其组织、显微硬度、耐磨性进行表征。研究结果表明，采用优化后工艺参数制造的功能梯度材料拥有更高的性能，硬度是基体硬度的4倍，高达1200HV。Silze等人利用新型半导体激光器采用LMD技术进行Ti6Al4V的增材制造试验研究，LMD装置是由6个200W半导体激光头圆形环绕在进给枪上（见图1），激光束直径0.9mm，可以实现方向独立的焊接工艺过程，显微结构无缺陷。研究结果表明，随着层间停留时间的延长，冷却时间增加，晶粒厚度降低，有助于提高材料的力学性能，采用LMD技术增材制造均能满足锻造Ti6Al4V所规定的最低屈服强度和抗拉强度要求。

Heigel等人采用原位温度、应力实时测量与热机模型结合有限元热-应力顺序耦合模型的方式，研究了Ti6Al4V激光沉积增材制造过程中的热、力演化过程，结果发现残余应力最大力出现在增材层的中心下方，向两侧方向应力减小，随着停留时间增加，层间温度差变大，残余应力增大。左士刚利用TA15钛合金球形粉末采用激光沉积技术进行了TC17钛合金增材修复制造过程研究，研究了修复件组织特性与力学性能影响规律。结果表明，采用激光沉积技术增材修复后的TA15/TC17修复件无焊接缺陷，修复件抗拉强度为1029MPa，采用退火处理后，力学性能明显增强，抗拉强度基本可达TC17锻件标准，伸长率优于标准。

综上所述，对于钛合金的LMD技术增材制造相对较为稳定，增材件力学性能基本满足锻件最低标准，对于某些特定需求钛合金则要进行增材制造后热处理的方式达到使用要求。

2.2 激光选区熔化（SLM）

唐思熠等人采用SLM技术制备Ti6Al4V钛合金试样（见图2），并对微观组织、力学性能和致密化行为进行了分析研究。结果发现，激光功率从360W增加到400W时，致密度提高明显；在400W后继续增加功率，致密度受激光扫描速度的影响较大，最优工艺参数下的试样质量远高于锻件标准。

Polozov等人采用SLM技术进行增材制造Ti-5Al、Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb块状合金，对Ti-Al-Nb系统进行退火处理，对试样进行系统表征研究。结果发现，Ti-5Al可以采用SLM增材制造成钛合金，Ti-6Al-7Nb和Ti-22Al-25Nb则需要在1350℃下热处理才能完全溶解Nb颗粒，但是此时样品氧含量较高，力学性能降低。

Fan等人研究了SLM技术增材制造Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo（Ti-6242）钛合金在标准时效（595℃/8h）下的显微组织稳定性。研究结果发现，随着激光扫描速度的提高，相对密度增加到99.5%后急剧下降到大约95.7%，时效老化处理的Ti-6242相对刚制成的Ti-6242抗拉强度从1437MPa提升至1510MPa，延展性从5%降低到1.4%，同时硬度也从410HV增加到450HV，β相颗粒的沉淀硬化作用是产生这种变化的重要原因。

Ren等人采用SLM技术增材制造进行了Ti-Ni形状记忆合金组织性能的研究工作，制备等原子Ti50Ni50（质量分数）样品，结果发现，在激光功率为40J/mm3，扫描速度为1000mm/s下可制造几乎完全致密试样，不同扫描速度对相组成、相变温度和维氏硬度的影响作用有限，与传统铸件相比，SLM技术增材制造件拥有较高的真空压缩和断裂强度。

综上所述，对于Ti6Al4V的SLM技术增材制造相对较容易实现，对于钛与其他元素合金的SLM技术增材制造还需要做进一步地研究，需要进行预热或者其他热处理手段和进行氧含量的控制手段来增强其他钛合金SLM技术增材制造的力学性能，获得高质量的研究试样。

2.3 电子束熔丝沉积（EBF3）

靳文颖研究了TC4钛合金的电子束熔丝沉积增材修复技术，进行了普通TC4焊丝和自制TC4EH焊丝的增材修复性能对比。研究发现，采用自制TC4EH焊丝的抗拉强度（905.23MPa）明显高于TC4普通焊丝（809.04MPa），硬度和冲击韧度同样较高，伸长率可达原材料的90%以上，具有优良的力学性能。

Chen等人进行了电子束熔丝沉积Ti6Al4V变形控制研究（见图3），电子束以100~150mA之间的扫描电流和低于100mm/s的速度工作，则可以形成薄壁件，扫描形式对残余应力分布影响不大，单向扫描变形更大，收缩变形在往返扫描情况下较为明显，并且与电流变化成正比关系，同时，发现基板底部恒定温度约束下，变形得到改善。

Yan等人研究了电子束熔丝沉积Ti6Al4V加强筋的残余应力与变形，研究发现，两个加强筋都对板产生不利的变形，纵向轨道比横向轨道引起板更大的变形，加强筋的沉积轨迹对变形有很大影响，最大位移发生在与纵向轨道相关的加强筋的内底边缘，高残余应力区域主要集中在加强筋的根部。

综上所述，对于钛合金的电子束熔丝沉积增材制造的研究相对较少，主要偏向借助有限元分析软件的变形控制等领域。分析认为，电子束熔丝沉积增材制造可以克服传统的钛合金加工方式的弊端，借助有限元分析软件更为实际应用过程中提供了基础理论的指导。

2.4 电子束选区熔化（EBM）

Murr等人采用EBM增材制造的方法制备多孔泡沫Ti6Al4V，研究了刚度与密度之间的关系。结果发现泡沫具有实心孔和中空孔结构，与实心、紧密的EBM制造件相比，中空孔结构的强度与硬度成正比，强度高出40%，并且刚度与孔隙率成反比，采用EBM增材制造的泡沫材料在生物医学、航空航天等领域的应用具有巨大潜力。

许飞等人采用电子束选区熔化技术对制备的TC4钛合金开展了大功率高速光纤激光焊接试验研究。结果表明，受EBM技术增材制造TC4的晶粒尺寸差异的影响，激光焊接试验熔合区靠近上下表面的β柱状晶组织相对细小。焊缝区显微硬度高于增材区硬度，且顶部硬度较高。

Seifi等人研究利用EBM增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb的组织性能研究，结果发现，所沉积的材料强度和硬度值超过了常规铸造Ti-Al所获得的强度和硬度值，这与目前测试的增材材料中存在更精细的微观结构相一致。

Surmeneva等人研究了采用EBM技术增材Ti–10%Nb（质量分数，下同）的组织性能研究。结果发现，通过EBM技术元素Nb和Ti的粉末混合物中原位生产Ti-10%Nb合金，最大的Nb颗粒保留在EBM制造的样品中，并且Nb仅部分扩散到Ti中，如图4所示，应该对EBM工艺的参数优化进行更多的研究，以实现更均匀的合金显微组织。

综上所述，对于Ti6Al4V的EBM研究相对较为广泛，发现对于Ti-Nb合金的EBM技术增材制造仍难很好地解决Nb颗粒的扩散问题，会导致显微组织不均匀，因此对于Ti-xNb合金的增材制造还需要更多的工艺优化试验进行材料性能的提升。

3.熔焊增材制造

与其他增材制造方式相比，熔焊增材制造操作性更强，成本更低，但结构可靠性相对较低。熔焊增材制造一般采用焊丝增材制造，但是由于基材和初始沉积层之间的热梯度大，以及辐射和对流热损失，会在制造的部件底部观察到细晶粒结构。由于较低的热梯度，传热速率较低，这阻碍了在增材过程的中间层形成细晶粒结构，而只在制造部件的中间形成长的柱状晶粒。

3.1 CMT电弧增材制造

李雷等人采用CMT电弧增材TC4薄壁结构，研究其增材层组织性能。结果发现，由于增材过程热循环的反复作用，原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等形态出现在增材层中，由于时效作用，对中下部区域产生强化作用，造成上部增材层显微硬度略低于中下部显微硬度（见图5）。

陈伟进行了CMT电弧增材TC4的微观组织及力学性能研究。结果发现，在设定送丝速度为3.0m/min、焊接速度为0.48m/min的参数下，原始β晶粒剖面面积最小，CMT电弧增材制造TC4钛合金在870℃，1h/固溶炉冷（FC）+600℃、2h/固溶空冷（AC）下热处理，获得的各区域微观组织较均匀，固溶处理后的材料塑性较高。

3.2 等离子弧增材制造

Lin等人采用PAW增材制造Ti6Al4V，在微观结构和显微硬度方面进行了研究。结果发现，先前的β柱状晶粒的外延生长受到脉冲扰动的抑制，这导致形成了具有接近等轴晶粒的柱状晶粒，在沉积早期，由于热循环不足，显微硬度较低，在后续沉积中，硬度升高，在沉积层的顶部，不受连续热循环的影响，导致第二相的体积减小，硬度值降低。

马照伟进行了旁路热丝等离子弧增材制造钛合金的组织性能研究（见图6）。结果发现，钛合金增材构件的横向抗拉强度为977MPa，强度与TC4母材的抗拉强度相当，断裂位置在增材直壁结构尾部区域，这是由于横向焊缝为连续熔化-凝固而来，焊缝中的缺陷和杂质较少，使得横向焊缝具有良好强度性能的钛合金增材构件的竖向抗拉强度为

936MPa，断裂位置在增材直壁结构上部区域，性能较横向焊缝稍差。靠近母材的热影响区硬度相对较低，出现了小范围的软化区，整体的竖向硬度差别并不明显。

3.3 复合电弧增材制造

Pardal等人进行了激光和CMT复合焊接增材制造Ti6Al4V的结构件稳定性研究。结果发现，激光可用于稳定焊接过程，减少焊接飞溅，改善电弧漂移的情况，改善单层和多层沉积的焊缝形状，并将Ti6Al4V增材制造的沉积速率从1.7kg/h提高到2.0kg/h。

综上所述，对于熔焊增材制造钛合金主要集中在TC4的研究中，多采用CMT、等离子等高效熔丝工艺方式，同时采用其他热源辅助焊接的方式稳定焊接过程，进行钛合金的增材制造。分析认为，对于熔焊钛合金增材制造的发展方向应开拓研究制备钛合金功能性材料，便于多领域全方位的应用推广，复合热源的增材方式或其他可控热输入的稳定

增材方式会成为熔焊增材的热门研究方向。

4.固态焊增材制造

4.1 搅拌摩擦增材制造（FSAM）

搅拌摩擦增材制造是一种从搅拌摩擦焊接技术发展而来的固相增材技术，原理如图7所示。增材效率高、成本低；在增材过程中没有金属的熔化和凝固，可以避免熔池带来的冶金缺陷问题，同时搅拌摩擦过程中塑性变形还可以起到晶粒细化的作用，获得低成本、高质量增材产品。

张昭等人基于Abaqus生死单元法和移动热源法建立两种搅拌摩擦增材制造Ti6Al4V有限元模型，研究搅拌摩擦增材的温度分布和晶粒生长情况。研究结果发现，横向增材峰值温度大于纵向增材峰值温度，在搅拌区冷却及增材累积过程晶粒粗化，并且由β相转变为α相，由于不同热循环次数的影响，低层搅拌区晶粒尺寸较大，高层搅拌区晶粒尺寸较小。

4.2 超声波增材制造（UAM）

超声波增材制造（UAM）是一种新的快速成形工艺，用于在室温或接近室温的条件下制造金属基复合材料。较低的加工温度使复合材料能够通过利用嵌入在基体中的高度预应变的形状记忆合金（SMA）纤维产生的回复应力。

Hahnlen等人利用UAM技术制造NiTi-Al复合结构界面强度研究，纤维-基体界面的强度是UAM复合材料的限制因素。结果发现，平均界面剪切强度为7.28MPa，纤维与界面结合方式是机械键合，未发生化学键合或冶金键合方式。

为提高碳纤维增强材料（CFRP）的承重能力，使其能在航空航天和汽车工业上进一步推广应用，James等人进行了CFRP/Ti的超声波增材制造中剪切破坏强度的研究，研究结果发现，采用UAM技术可以实现CFRP/Ti的结构制造，超声波能量和表面粗糙度都对UAM制成结构的剪切强度产生积极影响，在焊接前增加界面的表面粗糙度有助于增加最终焊缝的剪切破坏负荷。

综上所述，关于超声波增材制造钛合金的研究较少，主要进行的是金属基复合材料的研究，以增强复合材料的特定性能满足实际生产应用，分析认为，在未来研究中，应侧重于提升复合材料的力学性能研究方向。

5 结束语

随着现代工业的迅速发展，轻量化的设计成为结构件的发展方向，对结构件的性能和质量要求变的越来越严格，钛合金增材制造技术的迅速发展，可以进一步扩大钛合金结构件的应用范围，提高钛合金增材件的性能，增强结构稳定性。综合国内外所研究的钛合金增材制造技术和现代工业的发展方向，未来钛合金增材制造技术注定将朝着绿色、经济、稳定、快速的方向发展。

1）从绿色发展方向来看，搅拌摩擦增材制造起步阶段较晚，还处于试验研究阶段，未来进行多金属材料的复合结构增材制造，实现特定结构的特种性能，将是该技术的一个研究方向。

2）对于经济、稳定的发展方向，则需要进行电弧增材的稳定性过程探索，尤其是新型复合电弧增材制造的稳定性研究。

3）对于快速性的发展方向，目前阶段激光/电子束增材制造工艺相对较为成熟，应继续探究激光增材制造的经济适用性，从实际生产中的装配精度到生产制造中的工艺优化过程，进而降低生产成本，为钛合金增材制造结构件大面积的生产应用打下基础。