文献综述
1.引言
随着科学技术的不断发展, 航空航天、工程机械设备及其构件工作条件日益苛刻, 要求材料必须具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损、抗疲劳及耐冲蚀等特性, 单纯的金属材料已不能满足要求。一些耐腐蚀、耐热的合金逐步出现，由于其自身的加工性能受到了影响, 激光快速成形技术在该领域迅速得到应用。激光快速成形技术突破了传统的材料变形成形和去除成形工艺方法的许多限制, 基于增材制造的原理, 迅速制造出形状复杂的三维实体模型, 可直接对难加工材料进行成形。激光快速成形技术可以克服难加工金属材料常规加工问题, 实现薄壁及复杂形状的直接成形, 具有很鲜明的特色。但该技术也存在一定的局限性, 如其成形不够致密、存在内应力, 这些都是有待解决的问题[1]。
- 高温钛合金
早期，高温钛合金是指在航空发动机350℃以上使用的无序固溶强化型钛合金。航空发动机部件在高温、复杂应力、气流冲刷、高速振动、环境应力腐蚀的苛刻环境下服役，对其材料的性能要求非常严格。为满足使用需求，高温钛合金需具有强度、塑性、韧性、蠕变和疲劳性能之间的良好匹配，在服役温度下具有高的抗氧化性和组织稳定性。中高温长时蠕变和持久性能是高温钛合金的特征指标[2]。目前成熟高温钛合金的最高使用温度是600℃，代表合金有英国的IMI834，美国的Ti-1100，俄罗斯的ВТ18у 和ВТ36，合金体系均为Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Si 系。高温钛合金发展的大趋势是由固溶强化为主向有序强化为主发展（如由正交O 相、alpha;2相和beta;0相组成的Ti2AlNb基合金可应用于700℃；由gamma; 相、alpha;2相和beta;0相组成的TiAl 基合金可用于800℃），制造工艺由减量（如锻造）向增量（如3D 打印）方向发展[3]。
本课题主要研究的是Ti2AlNb基合金。Ti3Al基合金为Ti-Al-Nb系金属间化合物合金中的一类。具有工程应用意义的Ti3Al基合金的基本成分范围为Ti-（22-25）Al-（11-17）Nb（at%，下同）。合金微观组织主要由Ti3Al（即Ti-25Al）成份的alpha;2相组成，故称Ti3Al合金。在Ti3Al基合金的研究过程中，发现随着Nb含量的增加（主要是Nb，其次是Mo和V），韧化机制会出现一种新相Ti2AlNb（印度学者Banerjee，于1988年首先发现），具有CmCm晶体结构，属于正交晶系的有序相，故又称为O相（Orthorhombic phase）。当Nb含量提高到25at%时，就能形成以Ti2AlNb化合物为基的合金，如（O＋B2）两相合金其室温和高温屈服强度抗蠕变能力和断裂韧性均明显高于Ti3Al基合金[4]。Ti2AlNb基合金不仅具有较高的比强度，比刚度，还有高温蠕变抗力，断裂韧性高，抗氧化性能好，热膨胀系数低等特点，因此它已经成为最具潜力的新型航空航天用轻质高温结构材料，作为高密度镍基高温合金的替代材料被寄予了极大的期待。近年来Ti2AlNb 基合金的研制已成为美国、日本等新材料领域研究的热点之一，其目标是替代Inco718合金作为宇航高性能发动机的涡轮盘材，可减重35％左右，从而能大大提高航空发动机的推重比。20世纪90年代末期，美国已利用高强高韧的Ti2AlNb基合金与铸造gamma;-TiAl合金叶轮组合制成了新颖的双金属离心叶轮，其成本和质量都低于传统设计。总之，Ti2AlNb基合金是Ti－Al系金属间化合物中一个新拓展出的能在600℃~800℃范围内长时使用1000℃以上短时使用的轻质高温结构材料之一[5]。
3.增材制造技术
增材制造技术是基于分层制造原理，采用材料逐层累加的方法，直接将数字化模型制造为实体零件的一种新型制造技术。美国材料与试验协会（ASTM）F42国际委员会给出了增材制造的定义：增材制造是依据三维模型数据将材料连接制作成物体的过程，相对于减法制造，它通常是逐层累加的过程。增材制造技术集成了数字化技术、制造技术、激光技术以及新材料技术等多个学科技术，可以直接将CAD数字模型快速而精密地制造成三维实体零件，实现真正的“自由制造”[6]。与传统制造技术相比，增材制造技术具有柔性高、无模具、周期短、不受零件结构和材料限制等一系列优点，在航天航空、汽车、电子、医疗、军工等领域得到了广泛应用。
增材制造技术已成为制造业的研究热点，许多国家包括中国都对其展开了大量深入的研究，欧美更有专家认为这项技术代表着制造业发展的新趋势，被誉为有望成为“第三次工业革命”的代表性技术。激光增材制造（LAM）技术是一种以激光为能量源的增材制造技术，激光具有能量密度高的特点，可实现难加工金属的制造，比如航空航天领域采用的钛合金、高温合金等，同时激光增材制造技术还具有不受零件结构限制的优点，可用于结构复杂、难加工以及薄壁零件的加工制造[7]。
目前，激光增材制造技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、铝合金、难熔合金、非晶合金、陶瓷以及梯度材料等，在航空航天领域中高性能复杂构件和生物制造领域中多孔复杂结构制造具有显著优势。激光增材制造技术按照其成形原理进行分类，最具代表性的为以粉床铺粉为技术特征的激光选区熔化（SLM）[8]。
3.1.激光选区熔化技术的研究现状
