供稿人:鲁阳 李涤尘 发布日期：2017-11-26
Inconel718是一种镍基超合金，用于高温应用，如涡轮叶片、涡轮增压器转子和核反应堆。铸造和锻造为其传统的生产方式，为获得高度致密化的产品常需要进行多个均质化处理及热处理步骤，耗时长，成本高。对于某些增材制造技术，如SLM、EBM等也很难实现金属的高度致密化。
美国橡树岭国家实验室的Peeyush Nandwana等人对粉末粘结3D打印技术在Inconel 718材料生产上的应用进行了系统的研究（粉末粘结3D打印过程如图1所示），探究了Inconel 718金属材料的烧结知识，还研究了粉末填料因子和粘结剂饱和度对微结构演化的影响，并将其应用到了粉末粘结3D打印技术中。
图1 粉末粘结3D打印过程示意图
该研究发现，超固相液相烧结（SLPS）是实现对Inconel718完全致密化的必要条件，在超固相液相烧结的条件下烧结出的金属致密化更加完全，不同烧结温度下的对比如图2所示。
图2 不同粒径在1290℃下烧结后的形貌及21μm粒径在1330℃下烧结后的形貌对比图
该项技术的主要工艺步骤及主要参数如下：部件设计、粉末颗粒级配计算、粉末化学成分选择、粘结剂选择、层厚选择、进给速度选择、粘结剂饱和度确定、固化时间确定、粘结剂烧失及烧结工艺。其中，粘结剂饱和度对烧结时微观结构的演化起着关键作用。为避免零件变形，必须控制加工温度，且液相分数不得超过50%。
该团队的最终研究结果表明，超固相液相烧结（SPLS）配合粉末粘结3D打印技术可在较短时间内实现Inconel718材料构件的完整致密化。与传统加工方法相比，大大提高了经济性和生产效率。