2025 先进涂层材料及表面处理技术研讨会：极端差异涂层材料高速激光定向能量沉积技术

能量沉积技术有色技术平台

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中冶有色研究背景和存在的问题高速激光定向能量沉积的优势03高速激光定向能量沉积Ti/Al双金属构件有色技术平台

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中冶有色04目录(c)有色技术平台

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中冶有色技能否用近红外激光直接加工高反材料？Cu/Al

和

Ti/Al

双金属构件的应用1研究背景和存在的问题

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中冶有色Fig.

1Cu/AlandTi/Albimetal

components研究背景和存在的问题高速激光定向能量沉积的优势03高速激光定向能量沉积Ti/Al双金属构件有色技术平台

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中冶有色04目录Fig.2High-speedinfraredL-DEDof

Cu/AlBMC:(a)

Sketch;

(b)Experimental

setupTable

1Detailedlaser-DEDparametersPowderPowderfeeding

rateLaserpowerSpotdiameterPure

Cu30

g/min3500W1.2

mmWavelengthScanningspeedGas

flowrateOverlappingratio1060

nm10

m/min15

L/min50%有色技术平台

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中冶有色技在Al基材上直接熔覆铜涂层2.1

高速激光定向能量沉积

Cu/Al

双金属构件技术平台

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中冶有色Fig.3IMCsformationand

distribution

inthe

deposited

layer2.2Cu/Al

双金属构件微观组织和残余应力有色技术平台

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中冶有色技术平Fig.4IMCscompositions:(a)Brightfieldimage

of

the

eutectic

structure;

(b)

Element

distribution

of

the

eutectic

structure;

(c)Diffractionpattern

of

Al;

(d)

Diffractionpatternof

θ-Al2Cu;(e)Brightfieldimageof

theregionnearthe

Cu

side;

(f)

Diffraction

pattern

of

Cu;

(g)Diffraction

pattern

of

δ-Al2Cu3;

(h)

Diffraction

pattern

of

η2-AlCu冶有色技术平台

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中冶有色•揭示Al/Cu金属间化合物形成机理•沉积层为何产生大量的残余压应力？有色技术平台

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中冶有色技2.2Cu/Al

双金属构件微观组织和残余应力技术平台

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中冶有色技术平Fig.5IllustrationsofIMCs

formation冶有色技术平台

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中冶有色Fig.6Residual

stress

distribution把铜的热导率换成Al的压应力区域显著减小有色技术平台

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中冶有色技

2.2Cu/Al

双金属构件微观组织和残余应力

把铜的热膨胀系数换成Al的技术平台

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中冶有色技术平压应力区域变化不大•热膨胀系数的差异（Cu低）

是导致沉积层产生残余压应力的主要因素。•热导率对残余压应力的产生影响不大。冶有色技术平台

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中冶有色把铜的杨氏模量换成Al的压应力区域减小只是国外开发的超高速激光熔覆?Fig.7(a)Acrack-freeradialCu/AlBMC;

(b)

Cross-section

of

the

crack-freeradialCu/AlBMC;(c)Acrack-freevertical

Cu/Al

BMC2.3高速激光定向能量沉积的优势有色技术平台

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中冶有色技术平超高速激光熔覆无法制备无裂纹Cu/Al

双金属构件！冶有色技术平台

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中冶有色技成功在Al基材上制备Cu/WC

复合层！

2.3

高速激光定向能量沉积的优势

技术平台

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中冶有色04目录熔点热导率Ti1946.35K20.5W.m-1.K-1Al933.55K237W.m-1.K-1有色技术平台

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中冶有色技3.1

高速激光定向能量沉积

Ti/Al

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中冶有色AlSiMgMnCrCuTiZnFeBalance0.4~0.80.8~

1.20.15~0.40.04~0.350.15~0.40.15~0.25<0.25<0.7Table3Detailedlaser-DEDparameters中间层为什么α2

-Ti3Al

金属间化合物占主导?PowderPowderfeeding

rateLaserpowerSpotdiameterPure

Ti30

g/min2000W1.2

mmDefocusScanningGas

flowOverlappingdistancespeedrateratio0mm10

m/min15

L/min70%有色技术平台

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中冶有色技

3.1

高速激光定向能量沉积

Ti/Al

双金属构件

Table.2Chemicalcompositionof

Al6061

(wt.%)技术平台

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中冶有色Fig.

8

Diagram

of

extreme

high-speed

L-DED

of

a

Ti/Al

BMC

Fig.

9

EBSD

result

of

the

Ti/Al

BMC元素分布温度场和流场•

高速：严重的自由表面变形；•

高速：

向后再向上流动；传统：

很小的变形传统：从高温区域流向低温区域有色技术平台

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中冶有色技

3.2

高速激光定向能量沉积模拟结果

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中冶有色技术平Fig.

10Calculatedtemperatureandfluid

flow

fields,andAldistributioninthey=0longitudinal

cross-section

inextremehigh-speedL-DED冶有色技术平台

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中冶有色无蒸发反作用力

无蒸发反作用力Fig.

12Calculated

Alcontentalong

Line

2有色技术平台

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3.2

高速激光定向能量沉积模拟结果

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中冶有色技术平Fig.

11Calculatedresultsof

extremehigh-speedL-DEDinthe

y=0

longitudinal

cross-section:

(a)

Recoilforcedistributioninthezdirection;(b)Recoil

force

distribution

inthexdirection;

(c)Temperatureandfluidflowfieldswithoutrecoilforce;

(d)

Al

distributionwithoutrecoil

force蒸发反作用力引起熔池表面剧烈变形

，改变流动模式

，促进合金元素混合！冶有色技术平台

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中冶有色技

3.3Ti/Al

双金属构件微观组织和性能

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中冶有色技术平中间层为什么α2-Ti3Al金属间化合物占主导?Fig.

13(a)TEManalysisoftheIMCcoating;

(b)

Diffractionpattern

of

Region

1;

(c)Diffractionpattern

of

Region

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中冶有色Ti3AlFig.

14BinaryTi-Alphasediagram有色技术平台

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中冶有色技术平Fig.

16Calculatedformation

enthalpiesFig.

15

Schematicdiagramofstructuremodelforα2-Ti3Alphase•沉积层较低的Al含量促进α2-Ti3Al

金属间化合物产生•Mg元素促进α2-Ti3Al

金属间化合物产生，而Si元素影响较小冶有色技术平台

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中冶有色3.3Ti/Al

双金属构件微观组织和性能3.3Ti/Al

双金属构件微观组织和性能highdislocationdensitylowdislocationdensityhighdislocationdensityFig.

18(a)Potentiodynamicpolarizationcurves;(b)Microhardnessof

the

deposited

coating;

wornsurfaceprofiles:(c)Alsubstrate

and

(d)

Ti/Al

BMC有色技术平台

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中冶有色技术平Fig.

17(a)KAMimage;(b)

Grain

state

analysis;PF

images

of:

(c)Al;(d)α2-Ti3Al;

(e)

α-Ti;

(f)

β-Ti顶部Ti层提供很高的电化学腐蚀性能，中间金属间化合物层提供很高的耐磨性！冶有色技术平台

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