Открытый доступ
Платный доступ или доступ для подписчиков
Формирование управляемого переходного слоя из CuSn10 в мультиматериале 316L/NiTi аддитивного производства
Аннотация
Исследована возможность создания мультиматериала на основе нержавеющей стали 316L и сплава NiTi с эффектом памяти формы методом селективного лазерного сплавления. Для преодоления проблем несвариваемости, вызванных образованием хрупких интерметаллидов (FeTi) и различиями в физико-химических свойствах материалов, предложен комплексный подход. Он включает: введение переходного слоя из сплава CuSn10 и использование природоподобной шовной структуры. Экспериментально показано, что переходный слой CuSn10 эффективно минимизирует образование интерметаллида FeTi. В зоне контакта CuSn10/NiTi обнаружена область с аномальным химическим составом и повышенной микротвердостью (до 227 HV), что может быть связано с формированием интерметаллидных фаз. Установлен высокий предел прочности мультиматериала (333 МПа) и низкая пластичность (относительное удлинение 3 %), обусловленная дефектами печати. Ключевым достижением является двусторонний эффект памяти формы в мультиматериале. Результаты работы подтверждают принципиальную возможность сохранения функциональных свойств NiTi в мультиматериале, что перспективно для робототехники.
Ключевые слова
Литература
Verma A., Kapil A., Klobčar D., Sharma A. A review on multiplicity in multi-material additive manufacturing: process, capability, scale, and structure // Materialia. 2023. V. 16, Is. 15. Art. 5246.
Hasanov S., Alkunte S., Rajeshirke M. et al. Review on additive manufacturing of multi-material parts: progress and challenges // J. Manuf. Mater. Process. 2021. V. 6, Is. 1. Art. 4.
Han D., Lee H. Recent advances in multi-material additive manufacturing: methods and applications // Curr. Opin. Chem. Eng. 2020. V. 28. P. 158 – 166.
Gunasekaran J., Sevvel P., Solomon I. J. Metallic materials fabrication by selective laser melting: A review // Mater. Today Proc. 2021. V. 37, Part 2. P. 252 – 256.
Nandhakumar R., Venkatesan K. A process parameters review on selective laser melting-based additive manufacturing of single and multi-material: Microstructure, physical properties, tribological, and surface roughness // Mater. Today Commun. 2023. V. 35. Art. 105538.
Nabeel M., Farooq A., Miraj S. et al. Comparison of the properties of additively manufactured 316L stainless steel for orthopedic applications: A review // World Sci. Annu. Rev. Funct. Mater. 2023. V. 01. Art. 2230001.
Costa M. M., Bartolomeu F., Palmeiro J. et al. Multi-material NiTi-PEEK hybrid cellular structures by Selective Laser Melting and Hot Pressing: Tribological characterization // Tribol. Int. 2021. V. 156. Art. 106830.
Jiang P. F., Nie M. H., Teng J. Z. et al. Multi-wire arc additive manufacturing of TC4–Nb–NiTi bionic layered heterogeneous alloy: Microstructure evolution and mechanical properties // Mater. Charact. 2023. V. 202. Art. 113001.
Ekoi E. J., Degli-Alessandrini G., Zeeshan M. M. et al. Investigation of the microstructure and phase evolution across multi-material Ni50.83Ti49.17 – AISI 316L alloy interface fabricated using laser powder bed fusion (L-PBF) // Mater. Des. 2022. V. 221. Art. 110947.
Sanchez-Mata O., Wang X., Muñiz-Lerma J. A. et al. Fabrication of crack-free nickel-based superalloy considered non-weldable during Laser Powder Bed Fusion // Materialia. 2018. V. 11, Is. 8. Art. 1288.
Shamsolhodaei A., Oliveira J. P., Schell N. et al. Controlling intermetallic compounds formation during laser welding of NiTi to 316L stainless steel // Intermetallics. 2020. V. 116. Art. 106656.
Zhang Y., Bandyopadhyay A. Direct fabrication of compositionally graded Ti-Al2O3 multi-material structures using Laser Engineered Net Shaping // Addit. Manuf. 2018. V. 21. P. 104 – 111.
Onuike B., Heer B., Bandyopadhyay A. Additive manufacturing of Inconel 718 – Copper alloy bimetallic structure using laser engineered net shaping (LENSTM) // Addit. Manuf. 2018. V. 21. P. 133 – 140.
Chen J., Yang Y., Song C. et al. Interfacial microstructure and mechanical properties of 316L/CuSn10 multi-material bimetallic structure fabricated by selective laser melting // Mater. Sci. Eng. A. 2019. V. 752. P. 75 – 85.
Song C., Hu Z., Xiao Y. et al. Study on interfacial bonding properties of NiTi/CuSn10 dissimilar materials by Selective Laser Melting // Micromachines. 2022. V. 13, Is. 4. Art. 494.
Ni Y. et al. Bio-inspired, metal additive manufacturing interlocked structures: Geometrically design and fracture performance analysis // Compos. Struct. 2023. V. 321. Art. 117220.
Djumas L., Molotnikov A., Simon G. P., Estrin Y. Enhanced mechanical performance of bio-inspired hybrid structures utilising topological interlocking geometry // Sci. Rep. 2016. V. 6, Is. 1. Art. 26706.
Soysal T. et al. Macrosegregation in dissimilar-metal fusion welding // Acta Mater. 2016. V. 110. P. 149 – 160.
Wang P., Huang P., Ng F. L. et al. Additively manufactured CoCrFeNiMn high-entropy alloy via pre-alloyed powder // Mater. Des. 2019. V. 168. Art. 107576.
Wang H., Xie J., Chen Y. et al. Effect of CoCrFeNiMn high entropy alloy interlayer on microstructure and mechanical properties of laser-welded NiTi/304 SS joint // J. Mater. Res. Technol. 2022. V. 18. P. 1028 – 1037.
Kremer R., Etzkorn J., Palkowski H., Foadian F. Corrosion resistance of 316L/CuSn10 multi-material manufactured by Powder Bed Fusion // Materialia 2022. V. 15, Is. 23. Art. 8373.
Sing S. L. et al. Interfacial characterization of SLM parts in multi-material processing: Intermetallic phase formation between AlSi10Mg and C18400 copper alloy // Materialia. 2015. V. 107. P. 220 – 227.
Zeng Z., Panton B., Oliveira J. P. et al. Dissimilar laser welding of NiTi shape memory alloy and copper // Smart Mater. Struct. 2015. V. 24, Is. 12. Art. 125036.
Wang H., Guo L., Nie Z. et al. Processing technologies and properties of Cu–10Sn formed by selective Laser Melting Combined with Heat Treatment // 3D Print. Addit. Manuf. 2021. V. 8, Is. 1. P. 13 – 22.
DOI: https://doi.org/10.30906/mitom.2025.10.52-60
© Издательский дом «Фолиум», 1998–2026