哈工大腐蚀顶刊：增减复合制造Inconel 718合金的海洋环境腐蚀行为

热门资讯 2025年08月09日 12:42 1 admin

背景介绍：

增材制造(AM)和减材制造(SM)两种功能集成于一个平台，从而实现复杂结构件的自动化和高效生产。通过将增材制造的设计灵活性与减材制造的高加工精度相结合，ASHM在复杂部件的一体化制造、高性能应用和小规模定制等方面显示出巨大潜力。Inconel 718(IN718)是一类因其优异的高温性能而被广泛认可的镍基高温合金。此外，IN718亦体现优异的耐腐蚀性，使其非常适合海洋工业中的极端环境，例如海上风力发电设施的固定组件和锚固系统及海上石油开采设备的测井和钻井工具。优异的耐腐蚀性大大扩展了IN718的应用范围，但AM制造的IN718的耐腐蚀性往往不如锻造和轧制的IN718，这使得使用AM及ASHM制备用于船舶工业的IN718具有非常大的挑战性。

基于上述背景，为了进一步提高AM制备的IN718合金的耐腐蚀性以及探究ASHM制备的IN718在海洋环境中的腐蚀行为，哈尔滨工业大学黄永江教授团队与英国皇家工程院院士、香港大学颜庆云教授、埃里希·施密德材料科学研究所的所长Eckert教授以及Şopu博士、西安交通大学张琦教授合作，通过显微组织、残余应力、电化学和X射线光电子能谱分析，系统研究了AM和ASHM制备的IN718高温合金在室温和高温铣削下的钝化膜特性和腐蚀行为，阐明了ASHM制备的IN718在3.5 wt% NaCl溶液中的腐蚀机理，为ASHM制备的IN718在海洋环境中的高效应用提供了理论指导。论文共同第一作者是刘昌煜博士生和吕阳博士生。相关论文以题为“The corrosion behaviors of Inconel 718 fabricated by additive-subtractive hybrid manufacturing in marine environment”刊登在腐蚀领域国际顶级期刊Corrosion Science上。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.corsci.2025.113133

IN718高温合金的增减材复合制造：(a) ASHM制备过程的示意图，(b) AM样品外观，(c) HTM(高温铣削)样品外观，(d) RTM(室温铣削)样品外观。

三组IN718高温合金的电子背散射衍射数据：(a)~(c)分别为AM、HTM和RTM样品的反极图谱，(d)~(f)分别为AM、HTM和RTM 样品的边界对比图谱，(g)~(i)分别为 AM、HTM和RTM样品的晶粒尺寸统计图。

三组IN718高温合金样品在距表面不同距离处的透射电子显微镜图像：(a1)~(a2) AM样品，(b1)~(b2) HTM样品，(c1)~(c2) RTM样品，(a1、b1、c1) 距表面25μm处，(a2、b2、c2) 距表面50μm处。图(b1)中的插图为所标记区域对应的选区电子衍射(SAED)图。

AM、HTM和RTM高温合金表面的XRD图谱及残余应力分布情况：(a) XRD图谱，(b)~(d) 残余应力分布情况。

AM、HTM和RTM高温合金经过3.5wt%的NaCl溶液的电位动力学极化后的腐蚀形态：(a) AM样品，(b) HTM样品，(c) RTM样品。

AM、HTM和RTM高温合金样品在3.5wt%的NaCl溶液中浸泡60分钟后的EIS结果：(a) Nyquist图谱，(b) Bode图谱。

AM、HTM和RTM高温合金样品在3.5wt%的NaCl溶液中浸泡24小时后的Mott-Schottky和供体密度(ND)拟合结果：（a）Mott-Schottky图谱，（b）ND拟合结果。

AM、HTM和RTM高温合金样品在3.5wt%的NaCl溶液中经过36 小时的浸泡所形成的钝化膜中 Ni、Fe、Cr、Mo、Nb和O元素的X射线光电子能谱(XPS)拟合结果：(a1)~(a6) AM样品，(b1)~(b6) HTM样品，(c1)~(c6) RTM样品，(a1)~(c1) Ni 2p，(a2)~(c2) Fe 2p，(a3)~(c3) Cr 2p，(a4)~(c4) Mo 3d，(a5)~(c5) Nb 3d，(a6)~(c6) O 1s。

AM、HTM和RTM样品的钝化膜中阳离子和金属元素的占比情况。

三组IN718样品的钝化膜中不同元素的深度分布情况：(a) AM样品，(b) HTM样品，(c) RTM样品。

全文总结：

考虑到ASHM工艺中常见的两种SM情况，即冷却后铣削(室温铣削，RTM)和AM后立即带温铣削(高温铣削，HTM)，本文系统探究了采用AM工艺制造的 IN718高温合金以及采用高温(HTM)和室温铣削(RTM)工艺制造的ASHM工艺 IN718高温合金的钝化膜特性及腐蚀行为，探明了ASHM 工艺制造的IN718高温合金在 3.5wt%NaCl溶液中耐腐蚀性增强的机制。主要结论如下：

采用ASHM工艺制造的IN718高温合金的耐腐蚀性优于采用AM工艺制造的IN718样品。经过铣削处理后，钝化膜中的氧化物含量增加，膜的密度和化学稳定性也有所提高。
晶界密度的显著增加是ASHM工艺制造的IN718高温合金腐蚀性能改善的关键因素。与AM和HTM样品相比，RTM样品具有最高的晶界密度、最厚的钝化膜和最少的缺陷，从而具有最佳的耐腐蚀性。
在残余拉应力作用下，AM样品在极化后出现了明显的应力腐蚀开裂。在铣削过程中，对HTM和RTM样品表面施加的残余压应力不仅消除了AM样品表面附近的冶金缺陷，且抑制了裂纹传播。

展望：

与传统的增材制造相比，增减材复合制造技术制备的IN718高温合金的获得了显著细化的微观结构和更为优异的表面完整性，从而具有更为优异的耐腐蚀性。它还通过减少后处理需求并提高了构件的尺寸精度，在成本效益和生产效率方面体现显著优势，在制造高性能 IN718 零件方面显示出良好的潜力，未来有望应用于航空航天、海洋以及其他需要优异力学性能和耐腐蚀性能的领域。

来源：材料科学与工程公众号，感谢论文作者团队支持。

来源：材料科学与工程，编辑：张维官，审核：游小秀

长三角G60激光联盟陈长军转载

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