激光熔化沉积制备316L不锈钢的电化学腐蚀及空化腐蚀性能

利用激光熔化沉积(LMD)制备了316L不锈钢样件,系统研究了激光功率、扫描策略、重熔及打印方向对成形件电化学腐蚀及空化腐蚀性能的影响,并与锻造316L的腐蚀与空化腐蚀特性进行了比较。用开路电位测量法和动电位极化法测试了各沉积态试样在3.5%NaCl溶液中的耐蚀性能,并分析了不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样品的空化腐蚀性能。与锻造316L的均匀等轴晶显微结构相比,打印态LMD-316L具有与工艺参数相关的非平衡微结构,即:大小角度晶界、晶粒、胞/枝晶亚结构、与工艺相关的缺陷等,LMD-316L不锈钢的晶粒尺寸远大于锻造316L,提高激光功率、打印方向从水平方向变为垂直打印时,材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距均呈增大趋势,然而,重熔和90°旋转扫描策略处理后,材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距变化趋势明显不同,显微硬度测试结果表明枝晶臂间距相比晶粒尺寸能够更好地解释显微硬度的变化规律。这种显著的微结构差异也导致了LMD-316L不锈钢的电化学及空化腐蚀性能明显不同于锻造316L。电化学腐蚀测试结果表明LMD-316L不锈钢的耐腐蚀性能远优于锻造316L,不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样件的极化电阻R_p相比锻造316L提高了2～98倍,而腐蚀电流密度i_(corr)降低了1～2个数量级;超声振动空化系统测试结果表明LMD-316L不锈钢的抗空蚀能力优于锻造316L,但LMD-316L内孔洞、晶界等作为应力集中源会优先发生空化损伤,并在随后的空化腐蚀进程中呈现“突出状”并逐渐消失形成大量韧窝。材料的抗空化腐蚀能力主要取决于其局部力学性能,LMD-316L不锈钢的硬度显著高于锻造316L,因此其抗空蚀能力显著提高,然而由于LMD-316L不锈钢内部存在不均匀的微组织和与工艺相关的孔洞缺陷,导致LMD-316L不锈钢的显微硬度云图呈现空间不均匀分布的特点,因而LMD-316L不锈钢空化后的表面形貌在某些局部区域存在较为严重的空化损伤

激光选区熔化成形316L不锈钢工艺、微观组织、力学性能的研究现状

增材制造涉及快速的非平衡热过程，导致成形件中存在大量的亚稳相和缺陷，这些亚稳相和缺陷在构件服役过程中极易成为失效源。因此，打印态构件一般都要经过热处理才能充分发挥其潜在的性能优势。近年来，国内外许多研究机构在激光选区熔化(SLM)制备316L不锈钢方面取得了突破，SLM-316L不锈钢打印态的强度和韧性都远远超过锻件，这是因为材料内部形成了跨越6个数量级的非均匀层级结构(包括晶粒、缺陷、熔池、胞结构、纳米氧化物颗粒),这是增材制造通过其特殊的非平衡热过程调控材料微结构的结果。316L不锈钢具有面心立方结构，在冷却至室温过程中不发生固态相变，这种特性非常有利于开展基础研究，揭示增材制造材料跨尺度结构对其性能的影响规律。本文详细阐述了SLM-316L不锈钢成形在工艺、跨尺度结构及力学性能方面的研究现状，结合笔者的工作，阐明并分析了SLM-316L不锈钢具有高强高韧力学性能的主流学术观点，展望了该材料今后的重点研究方向