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克兰菲尔德大学研究WAAM 3D打印过程中的钛氧化

中国3D打印网10月28日讯，电线和电弧增材制造（WAAM）是一种有效的技术，已应用于航空航天，海事和其他行业。该技术涉及使用金属线和电弧，如焊接中使用的电弧，它比其他增材制造方法更快，更便宜。但是，这不是一个完美的过程。在题为“在线材和电弧添加剂制造过程中氧化Ti-6Al-4V”的论文中，一组研究人员讨论了WAAM中的一个常见问题 - 氧化。

钛在高温下与氧气的高反应性，在WAAM期间经常发生氧化。由于表面附近的脆性富氧层（Alpha Case），氧化的迹象是变色，这可能对部件的机械性能有害。研究人员研究了WAAM过程中钛合金的氧化，以“确定控制这种现象的机理和主要工艺参数。”等离子体转移电弧和电线沉积样品是通过改变熔融气氛中的沉积参数或氧含量来制造的。通过目视检查，光学显微镜，扫描电子显微镜和拉伸机械对样品进行表征测试。

“对于如何屏蔽环境中任何含氧量，人们发现，如果温度足够高且暴露时间长，就会观察到钛的氧化，”研究人员表示。 “此外，可以确定在第一沉积层的区域中氧化更显着。对于采用更高电流（220 A）和更宽振荡宽度构建的样品，Alpha Case的最大深度为200μm。拉伸试验表明，屏蔽环境中氧含量增加40倍并不会显着影响抗拉强度。“
研究人员发现，温度和暴露时间在WAAM氧化过程中比氧气水平起着更重要的作用。他们得出结论，只要屏蔽环境含氧量，如果温度和暴露时间足够高，即使氧气含量很低，也会发生氧化。

研究人员对样品进行的测试得出了几个总体结论：
当更高的电流与更高的振荡宽度结合使用时，可实现Alpha Case的最大厚度;发现的Alpha Case的最大厚度为200μm。高温和暴露时间似乎对氧化的影响大于屏蔽环境中的氧含量。
.对于相同的沉积参数，屏蔽环境中较高的氧含量会导致更深的Alpha情况。
.线材中不同的氧含量似乎对Alpha Case的厚度没有显着影响。
.屏蔽环境中氧气的增加不会影响拉伸性能，最高可达4000 ppm。增加氧气水平显着地增加了强度并降低了伸长率。

.仔细控制参数可以减轻氧化的影响，但它仍然是一个问题，特别是在通常使用钛组分的航空航天工业中。由于在WAAM期间温度如此之高，因此易于发生氧化并形成坚硬，易碎，难以加工的外层，称为Alpha Case。

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