钛合金具有比强度高、耐高温、耐侵蚀、线膨胀系数低、生物相容性好等特点，，，，，因此被普遍用于航空航天、能源化工和核工业等领域[1]。。。。。不锈钢是应用最普遍的古板结构质料，，，，，其力学性能优异、生产使用本钱较低。。。。。

钛合金/不锈钢复合构件不但能充分使用钛合金与不锈钢两种质料的优点，，，，，还可以很好地知足现代装备制造业结构减重和质料性能多样化的要求。。。。。由于钛合金和不锈钢在熔点、线膨胀系数、比热容、热导率等物理性能方面保存显着的差别，，，，，钛合金和不锈钢在焊接历程中容易泛起受热不均和内应力过大等问题，，，，，并且钛合金和不锈钢直接毗连容易形成多种金属间化合物，，，，，如TiFe、TiFe2等，，，，，导致讨论泛起较高的脆性，，，，，难以形成可靠的毗连[2]。。。。。

现在，，，，，研究普遍的激光增材制造手艺可分为选区激光熔化手艺（SLM）和激光直接能量沉积手艺（LDED）[3]。。。。。

相比于选区激光熔化手艺（SLM），，，，，LDED手艺可凭证构件的结构特点，，，，，激秃顶可准确无邪地举行空间曲面运动，，，，，适用的规模更广。。。。。越来越多的研究接纳LDED手艺来解决钛合金/不锈钢异种金属毗连难题。。。。。Yang等人[4]接纳LDED手艺，，，，，将316L不锈钢与Ti6Al4V直接举行毗连，，，，，研究效果批注，，，，，将钛合金和不锈钢直接毗连会在界面处爆发强烈的反应区，，，，，天生大宗的TiFe金属间化合物，，，，，接纳较大的激光功率和较小的扫描速率会增进钛合金与不锈钢之间的元素扩散，，，，，在较短的时间内，，，，，不锈钢侧形成了大宗的长条形β-Ti以及TiFe金属间化合物。。。。。现在LDED手艺用于钛合金/不锈钢毗连尚在起步阶段，，，，，关于增材制造缺陷控制及元素扩散行为缺少系统深入的研究。。。。。

因此，，，，，基于上述研究现状，，，，，针对Ti-4Al-2V钛合金/321不锈钢异种金属复合结构，，，，，文章接纳V/Cr中心层，，，，，开展LDED增材制造工艺试验，，，，，对异种金属复合构件举行缺陷控制及元素扩散行为研究，，，，，通过工艺参数优化，，，，，获得成形优异的异种金属复合构件，，，，，为钛合金/不锈钢异种金属毗连的应用涤讪手艺基础。。。。。

1、实验质料与要领

如图1所示，，，，，接纳粒径为53~150μm的321不锈钢粉末、Ti-4Al-2V粉末、纯V粉末及纯Cr粉末作为试验原质料，，，，，纯金属粉末的纯度≥99.9%。。。。。

试验用LDED成形装备由FL020C型光纤激光器、六轴KR30HA机械人等系统组成，，，，，输出功率最高可达2000W，，，，，激光光斑直径为2mm，，，，，LDED试验示意图，，，，，如图2所示。。。。。试验前对粉末举行烘干处置惩罚，，，，，使用砂纸打磨并用酒精清洁基板，，，，，去除其外貌污染物，，，，，试验在含氧量低于50ppm的氩气情形中举行。。。。。差别质料层的LDED工艺参数，，，，，如表1所示。。。。。打印完成后接纳电离双束扫描电子显微镜及其配套的EDS仪举行复合结构微观组织表征及元素扩散剖析，，，，，接纳XRD衍射仪对复合结构举行微区物相剖析。。。。。

2、实验效果及讨论

2.1激光功率对中心层缺陷的影响

LDED具有快速熔化快速凝固的特点，，，，，增材历程中粉末中的气体或；；；；；；；；て褰肓巳鄢兀鄢乜焖倮淙词逼謇慈狈σ莩龃佣纬闪似兹毕荨。。。。气孔通常形状规则，，，，，尺寸较小。。。。是蛐位蚶嗲蛐巍。。。。为了尽可能消除未熔合及气孔缺陷，，，，，在LDED前应对粉末举行烘干处置惩罚，，，，，在LDED历程中应适当增大激光功率，，，，，以包管足够的热输入及熔池保存时间，，，，，利于气体逸出[5]。。。。。在321不锈钢/Cr/V复合结构中接纳差别激光功率制备V层，，，，，研究差别激光功率对中心层缺陷的影响。。。。。

当激光功率为400W时，，，，，V层上有一些细小的裂纹以及未熔孔，，，，，复合结构相邻两层的界面团结优异，，，，，无显着缺陷，，，，，如图3（a）所示。。。。。当激光功率为500W时，，，，，V层保存裂纹缺陷，，，，，并且保存细小的孔洞，，，，，如图3（b）所示。。。。。当激光功率为600W时，，，，，V层裂纹镌汰，，，，，孔洞数目也有所镌汰，，，，，如图3（c）所示。。。。。当激光功率为700W时，，，，，V层质量较好，，，，，该工艺下缺陷数目最少，，，，，仅有一些细小孔洞，，，，，V/Cr团结界面处成型优异，，，，，如图3（d）所示。。。。。当激光功率为800W时，，，，，Cr与V中心层上面泛起了一条贯串裂纹，，，，，还泛起一些麋集的孔隙如图3（e）所示。。。。。由于沉积V层800W的激光功率较高，，，，，增材历程中中心层的热应力较大，，，，，冷却后中心层泛起了开裂的征象。。。。。通过开展激光功率对中心层缺陷的影响研究，，，，，沉积V层的最优功率为700W。。。。。

2.2打印顺序对中心层缺陷的影响

以321不锈钢→Cr→V→钛合金的打印顺序制备了异种金属复合结构。。。。。接纳SEM对复合结构举行了微观组织表征，，，，，如图4所示。。。。。

效果批注，，，，，钛合金在V层上的成型质量较差，，，，，界面处保存较多的大尺寸孔洞，，，，，复合结构边沿泛起了开裂的征象，，，，，同时V/Cr中心层中也保存微孔缺陷。。。。。接纳钛合金→V→Cr→321不锈钢的打印顺序制备了异种金属复合结构，，，，，各层打印的工艺参数，，，，，如表1所示。。。。。接纳SEM对复合结构举行了微观组织表征，，，，，如图5所示。。。。。效果批注，，，，，复合结构的整体成型质量较好，，，，，V/Cr中心层保存少量的气孔缺陷，，，，，复合结构Cr层的边沿处保存裂纹。。。。。调解打印顺序后，，，，，以钛合金作为基底层的复合结构的成型质量获得了较好地改善。。。。。通过开展打印顺序对中心层缺陷的影响研究，，，，，接纳钛合金→V→Cr→321不锈钢的打印顺序为最优成形顺序。。。。。

2.3激光重熔对中心层缺陷的影响

激光重熔的作用是在打印历程中对复合结构举行预热，，，，，减小打印历程中复合结构的温度梯度，，，，，降低冷却速率，，，，，在一定水平上释放热应力，，，，，从而阻止裂纹的爆发。。。。。本文接纳钛合金→V→Cr→321不锈钢的打印顺序，，，，，各层打印的工艺参数如表1所示（V层激光功率为700W），，，，，在沉积完V层之后连忙举行一次激光重熔处置惩罚（处置惩罚1），，，，，在沉积Cr层之前对V层再举行一次激光重熔处置惩罚（处置惩罚2）。。。。。图6展示了未举行激光重熔处置惩罚的复合结构，，，，，效果显示Cr层笔直裂纹较多，，，，，且在两侧均泛起开裂征象，，，，，V层保存一些孔洞缺陷，，，，，复合结构中心层的成型质量较差。。。。。

图7展示了两次激光重熔处置惩罚后（处置惩罚1+处置惩罚2）的复合结构。。。。。在激光重熔后，，，，，Cr层中的笔直裂纹险些消除，，，，，V层未见孔洞缺陷，，，，，复合结构整体的成型质量较好。。。。。效果批注，，，，，激光重熔处置惩罚有利于消除中心层中的裂纹及气孔缺陷，，，，，可以有用地解决复合结构的成型质量问题。。。。。通过开展激光重熔对中心层缺陷的影响研究，，，，，对V层举行激光重熔为最优打印战略。。。。。

2.4复合结构元素扩散行为研究

钛合金中的Ti元素会和不锈钢中的Fe元素易形成TiFe、TiFe2等脆性金属间化合物，，，，，在冷却历程中，，，，，又会因钛合金与不锈钢的线膨胀系数不匹配而导致讨论中形成较大内应力，，，，，在内应力的作用下，，，，，硬脆的金属间化合物易开裂形成裂纹，，，，，从而严重降低复合结构的成型质量。。。。。为阻止脆性金属间化合物的形成，，，，，本文以V、Cr为中心层，，，，，研究差别中心层厚度的复合结构元素扩散行为。。。。。

图8（a）（b）（c）划分展示了1层V+1层Cr、2层V+2层Cr、3层V+3层Cr复合结构的EDS效果。。。。。3种复合结构的EDS面扫及线扫效果均体现出元素漫衍的梯度转变征象，，，，，复合结构相邻两层之间保存一定的元素扩散征象。。。。。由图8（a）可知，，，，，在V层及Cr层中保存较多的Ti元素，，，，，说明1层V+1层Cr中心层结构关于Ti元素的阻隔效果有限。。。。。由图8（b）可知，，，，，Ti元素在V层及Cr层中有少量的扩散，，，，，2层V+2层Cr中心层结构对Ti元素有一定的阻隔效果。。。。。由图8（c）可知，，，，，在V层及Cr层中险些视察不到Ti元素，，，，，说明3层V+3层Cr中心层结构对Ti元素的阻隔效果较好。。。。。

表2汇总了3种差别厚度中心层的复合结构的点扫效果，，，，，点扫区域选取如图8（a）（b）（c）所示。。。。。在1层V+1层Cr的复合结构中，，，，，Cr层中Ti元素原子百分比为1.80%，，，，，不锈钢层中Ti元素原子百分比为1.03%；；；；；；；；2层V+2层Cr的复合结构中，，，，，Cr层中Ti元素原子百分比为0.42%，，，，，不锈钢层中Ti元素原子百分比为0.47%；；；；；；；；3层V+3层Cr的复合结构中，，，，，Cr层中Ti元素原子百分比为0.04%，，，，，不锈钢层中Ti元素原子百分比为0.42%。。。。。效果批注，，，，，中心层的厚度越大，，，，，关于复合结构中的Ti、Fe元素扩散的阻隔效果越显着。。。。。

接纳微区XRD对2层V+2层Cr复合结构试样的不锈钢-Cr界面，，，，，V-Cr界面，，，，，钛合金-V界面举行了物相剖析，，，，，测试区域面积为0.5mm×0.5mm，，，，，如图9所示。。。。。效果批注，，，，，在不锈钢-Cr界面上检测到（αFe、Cr）和γFe的衍射峰，，，，，（αFe、Cr）是Fe与Cr形成的固溶体，，，，，为BCC结构，，，，，γFe为奥氏体FCC结构。。。。。在V-Cr界面上检测到（V，，，，，Cr）固溶体的衍射峰。。。。。在钛合金-V界面上检测到αTi、纯V以及（β-Ti，，，，，V）的衍射峰。。。。。由于钛合金与321不锈钢之间添加了V/Cr作为中心层，，，，，在复合结构中检测到大宗的固溶体，，，，，微区XRD效果批注，，，，，复合结构没有视察到Ti-Fe金属间化合物。。。。。因此，，，，，当V层及Cr数目各为2层时，，，，，可以有用地阻隔Ti元素扩散至321不锈钢层，，，，，阻止脆性金属间化合物的天生。。。。。

3、结论

（1）随着激光功率的增添，，，，，复合结构的V层中的裂纹及孔洞缺陷先镌汰后增添，，，，，当沉积V层的激光功率为700W时，，，，，复合结构中心层的成型质量最佳。。。。。

（2）通过改变复合结构的打印战略，，，，，打印顺序从321不锈钢→Cr→V→钛合金调解为钛合金→V→Cr→321不锈钢，，，，，复合结构的成型质量获得较好地改善。。。。。

（3）对复合结构举行两次激光重熔处置惩罚，，，，，降低打印历程中的温度梯度，，，，，减小冷却速率，，，，，消除了中心层中的裂纹及气孔缺陷，，，，，有用地解决了复合结构的成型质量问题。。。。。

（4）复合结构元素漫衍为梯度转变，，，，，相邻各层之间保存元素扩散征象，，，，，中心层厚度越大，，，，，对Ti、Fe元素扩散的阻隔效果越显着。。。。。微区XRD效果批注，，，，，复合结构中没有视察到脆性相，，，，，当V层及Cr层各为2层时，，，，，可以有用地阻隔Ti元素扩散至不锈钢层，，，，，阻止脆性金属间化合物的天生。。。。。

（5）文章的研究效果为LDED手艺制备钛合金/不锈钢异种金属复合结构提供实验数据及理论基础。。。。欣诮徊皆鼋押辖/不锈钢异种金属复合结构的推广和应用。。。。。

参考文献

[1]彭昂，，，，，毛振东.钛合金的研究希望与应用现状[J].船电技 术，，，，，2012，，，，，32（10）：57-60.

[2]宋庭丰，，，，，蒋小松，，，，，莫德锋，，，，，等.不锈钢和钛合金异种金属焊接研究希望[J].质料导报，，，，，2015，，，，，29（11）：81-87.

[3]杨胶溪，，，，，柯华，，，，，崔哲，，，，，等.激光金属沉积手艺研究现状与应用希望[J].航空制造手艺，，，，，2020，，，，，63（10）：14-22.

[4]Jia linYang，，，，，Xing Li，，，，，Han boYao，，，，，et al.Interfacial Features of Stainless Steel/Titanium Alloy Multi-metal Fabricated by Laser Additive Manufacturing [J].Acta Metallurgica Sinica（English Letters），，，，，2022，，，，，35（8）：1357-1364.

[5]李洪强.钛/钢毗连梯度讨论的电子束粉末增材制造工艺研 究[D].南京：南京理工大学，，，，，2018.