华南理工顶刊丨选区激光熔化原位形成的致密纳米夹杂物增强双相不锈钢的力学性能

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摘要

华南理工大学肖志瑜教授团队联合季华实验室在《Scripta Materialia》发表研究，利用选区激光熔化(SLM)和添加少量Ti，在S2205双相不锈钢中生成了具有氧化物核和TiN壳的纳米夹杂物。这些夹杂物可细化微观结构并增强沉淀强化效果，使合金拉伸强度达910MPa，总伸长率达52%，且耐腐蚀性能无损，优于其他报道的2205 DSS。此研究为开发高性能纳米结构SLM合金提供了新途径。

正文

华南理工大学国家金属材料近净成形工程研究中心肖志瑜教授团队联合季华实验室新型增材制造研究院的研究学者在国际著名期刊《Scripta Materialia》上发表了最新研究成果 “Enhanced mechanical performance of duplex stainless steels via dense core-shell nano-inclusions in-situ formed upon selective laser melting”，研究借助选区激光熔化(SLM)和添加少量Ti，在S2205双相不锈钢DSS中获得了具有氧化物核和TiN壳的高密度核壳结构纳米夹杂物，其中高氧浓度源自于此原料粉末制造过程中严重的氧气污染。

Graphical abstract

在该研究中，这些纳米夹杂物不仅可以通过抑制SLM退火后奥氏体/铁素体界面的运动来细化微观结构，而且还有助于显着的沉淀强化增量高达~230MPa。目前的纳米夹杂物强化的DSS表现出诱人的机械性能，拉伸强度约为910MPa，总伸长率约为52%，且耐腐蚀性能无损，超过了大多数已报道的2205 DSS。研究结果为开发各种性能显着增强的纳米结构SLM合金提供了一条新途径。

图 1. SLM (a, b) 和 (c, d) SLM 退火 2205 合金的微观结构：(a, c) EBSD 相图，(b, d) 反极图 (IPF)，(e) IPF SLM 合金中 BCC 相和织构强度，(f) SLM 退火合金中 BCC 和 FCC 相的 IPF 和织构强度，(g) X 射线衍射图和 (h) 相应的 BCC (110) 峰宽 SLM（黑色）和 SLM 退火（红色）合金

图 2. 显示 SLM 微观结构的 TEM 显微照片（a、b）和（c、d）SLM 退火合金：(a) 暗场 (DF) 图像和 (b) 放大的明场 (BF) 图像显示均匀分散的纳米夹杂物及其与铁素体晶界和位错的相互作用；(c) BF 图像显示退火后处理后的双相结构。插图是沿[011]区轴截取的圆形奥氏体相的SAED图；(d) 放大区域显示纳米夹杂物在移动相边界上的钉扎过程。插图是圆形相界的 SAED 图案，证实了铁素体和奥氏体之间的 N-W 取向关系

图 3. 核壳结构纳米夹杂物的表征：(a) 高角度环形暗场 (HAADF) 图像以及相应的 EDS 元素图；(b) 显示夹杂物/基体界面的高分辨率 TEM 图像；(c) (b) 中蓝色框所示的夹杂物/基体界面的逆快速傅立叶滤波 (IFFT) 图案；(d) 夹杂物/基体界面的 IFFT 模式取自（0，-2，-2）显示界面周围失配位错的反射；(e)本研究中获得的纳米夹杂物的核壳结构示意图

总之，论文作者证明了SLM和少量Ti添加在DSS中诱导致密核壳结构纳米夹杂物的能力。打印基体中的这些纳米夹杂物可以在SLM退火处理后细化微观结构，并有助于显着的沉淀强化效果。所获得的纳米夹杂物强化合金表现出优异的强度-延展性协同作用，超过了所有已报道的2205DSS。由于纳米夹杂物的存在，机械行为在促进位错倍增和增强动态恢复方面合理化。

引用: Zhang J, Dong H, Xi X, et al. Enhanced mechanical performance of duplex stainless steels via dense core-shell nano-inclusions in-situ formed upon selective laser melting[J]. Scripta Materialia, 2023, 237: 115711.

来源：增材制造硕博联盟

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首次发布时间：2024-04-21