金属学报

作者：蒋华臻, 彭爽, 胡琦芸, 王光义, 陈启生, 李正阳, 孙辉磊, 房佳汇钰

单位：1 中国科学院力学研究所 宽域飞行工程科学与应用中心 北京 100190；2 南京航空航天大学 材料科学与技术学院 南京 210016；3 中国科学院大学 工程科学学院 北京 100049；4 河北科技大学 机械工程学院 石家庄 050018

关键词：增材制造,激光熔化沉积,316L不锈钢,腐蚀,空化腐蚀,显微硬度,

基金：国家自然科学基金项目(11772344)

腐蚀和空化腐蚀性能是评估流体机械元件性能和可靠性的重要指标，而激光熔化沉积(LMD)作为材料表面改性和复杂构件制造的重要技术手段，是提升材料力学性能的有效途径。本工作利用激光熔化沉积制备了316L不锈钢样件，系统研究了激光功率、扫描策略、重熔及打印方向对成形件电化学腐蚀及空化腐蚀性能的影响，并与锻造316L不锈钢的腐蚀与空化腐蚀特性进行了比较。用开路电位测量法和动电位极化法测试了各沉积态试样在3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能，并分析了不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样品的空化腐蚀性能。与锻造316L不锈钢的均匀等轴晶显微结构相比，LMD-316L不锈钢具有与工艺参数相关的非平衡微观结构，即：大/小角度晶界、晶粒、胞/枝晶亚结构、与工艺相关的缺陷等，LMD-316L不锈钢的晶粒尺寸远大于锻造316L不锈钢，提高激光功率、打印方向从水平方向变为垂直打印时，材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距均呈增大趋势，然而，表面重熔和90°旋转扫描策略处理后，材料的晶粒尺寸和枝晶臂间距变化趋势明显不同，显微硬度测试结果表明，相比晶粒尺寸，枝晶臂间距能够更好地解释显微硬度的变化规律。这种显著的微观结构差异也导致了LMD-316L不锈钢的电化学及空化腐蚀性能明显不同于锻造316L不锈钢。电化学腐蚀测试结果表明LMD-316L不锈钢的耐腐蚀性能远优于锻造316L不锈钢，不同工艺参数下LMD-316L不锈钢样件的极化电阻(Rp)相比锻造316L不锈钢提高了2~98倍，而腐蚀电流密度(icorr)降低了1~2个数量级；超声振动空化系统测试结果表明LMD-316L不锈钢的抗空蚀能力优于锻造316L不锈钢，但LMD-316L不锈钢内孔洞、晶界等作为应力集中源会优先发生空化损伤，并在随后的空化腐蚀进程中呈现“突出状”并逐渐消失形成大量韧窝。材料的抗空化腐蚀能力主要取决于其局部力学性能，LMD-316L不锈钢的硬度显著高于锻造316L不锈钢，因此其抗空蚀能力显著提高，然而由于LMD-316L不锈钢内部存在不均匀的微观组织和与工艺相关的孔洞缺陷，导致LMD-316L不锈钢的显微硬度云图呈现空间不均匀分布的特点，因而LMD-316L不锈钢空化后的表面形貌在某些局部区域存在较为严重的空化损伤。

来源：2024年第11期

《金属学报》期刊编辑部

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