选择性激光熔化制备难熔金属钨

供稿人:王兴理想 张航

钨（W）作为最高熔点的难熔金属，具有许多独特的物理和化学性质，包括高密度，高导热率，高再结晶温度，低热膨胀，以及室温和高温下的高强度和硬度，因此钨已广泛应用于航空航天、核工业、军工等。通常，很难通过传统制造方法来制备形状比较复杂的零部件，选择性激光熔（SLM）在制备复杂形状的零件方面具有生产灵活性，在工业应用上具有极大的潜力[1]。

Chaolin Tan等[2]研究发现激光线能量密度（η）对SLM试样的烧结成形性、密度和力学性能有显著影响。图1（a）-（f）显示了从不同线能量密度生产的样品的水平横截面中取得的代表性图像。在η在0.5-3.7J / mm范围内，η3 = 0.667J / mm表现出更好的烧结成形性和性能。用η3产生的样本达到最高密度为19.01±0.02g / cm 3

图1显示由不同线性能量（J / mm）SlM生产的纯钨的水平横截面中孔隙的光学显微照片:( a）η1= 0.500，（b）η2= 0.625，（c）η3= 0.667，（d）η4= 0.750，（e）η5= 0.833，（f）η6= 1.000; （g）阿基米德密度和实际密度
图2说明了激光线能量密度对显微硬度的影响。样品的显微硬度约为445-467 HV0.05。η5试样的硬度最大，η3和η5试样的硬度均超过460 HV 0.05。与传统方法处理的钨（通常320-400HV）相比，经过SLM制备的钨样品显示出优异的硬度。原因如下：SLM制备的钨中的残余应力比较大，在没有大量裂缝或孔隙的高密度化的前提下，SLM加工零件中合理水平的残余应力可能引起位错强化和硬度增强。

图2激光线能量密度对SLM制备纯钨显微硬度的影响
研究结果表明，激光加工参数的优化可以有效提高SLM生产零件的性能和密度。这项研究为我们提供了关于难熔金属在增材制造中应用的新认识。

参考文献：
Xuhui Zi, Chao Chen , Xiaojun Wang, Pengwei Wang, Xiaoyong Zhang，et al. Spheroidisation of tungsten powder by radio frequency plasma for selective laser melting, Materials Science and Technology · December 2017.
Chaolin Tan, Kesong Zhou, Wenyou Ma, Bonnie Attard, et al. Selective laser melting of high-performance pure tungsten: parameter design, densification behavior and mechanical properties, science and Technology of Advanced Materials, 19:1, 370-380

供稿人:王兴理想 张航 供稿单位：机械制造系统工程国家重点实验室