在航空航天與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，TC4 鈦合金憑借優(yōu)異的力學(xué)性能和生物相容性備受青睞。然而，其高熔點(diǎn)、低導(dǎo)熱率的特性使得傳統(tǒng)加工難以制備復(fù)雜結(jié)構(gòu)。近年來，激光粉末床熔融（LPBF）技術(shù)為 TC4 成型帶來突破，但如何精準(zhǔn)調(diào)控能量密度以優(yōu)化材料性能，仍是行業(yè)攻關(guān)重點(diǎn)。沈陽工業(yè)大學(xué)張凱教授團(tuán)隊(duì)，在《Journal of Manufacturing Processes》發(fā)表重要成果，借助奧龍 AL-Y3500型號(hào)X射線衍射儀（XRD）揭示了能量密度對(duì) TC4 合金相組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能的影響機(jī)制，為 LPBF工藝優(yōu)化提供了關(guān)鍵技術(shù)路徑。

X射線衍射儀：解鎖相組成與結(jié)構(gòu)演變的 “顯微鏡”。在 LPBF 過程中，能量密度通過影響熔池動(dòng)態(tài)行為和冷卻速率，決定了 TC4 合金的相轉(zhuǎn)變和晶體生長。張凱教授團(tuán)隊(duì)利用奧龍 AL-Y3500 型X射線衍射儀，對(duì)不同能量密度下的樣品進(jìn)行了高精度相組成分析，成為破解 “能量 - 結(jié)構(gòu) - 性能” 關(guān)系的核心工具。搭建了 “能量密度 - 相組成 - 微觀結(jié)構(gòu) - 宏觀性能” 的完整研究鏈條，推動(dòng) TC4 合金 LPBF 工藝從 “經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)” 走向 “科學(xué)設(shè)計(jì)”。

通過 XRD 分析，結(jié)合相對(duì)密度、表面粗糙度等指標(biāo)，將能量密度劃分為未熔合區(qū)、球化區(qū)、成型良好區(qū)、飛濺區(qū)和過熔區(qū)。例如，在成型良好區(qū)（55.56 J/mm3），XRD 顯示 α/α’相濃度與納米 β 相顆粒分布達(dá)到最佳平衡，對(duì)應(yīng)拉伸強(qiáng)度 1087.5 MPa、伸長率 13.73%，遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)證了該區(qū)域工藝參數(shù)的合理性。

“國產(chǎn)儀器的進(jìn)步為科研提供了有力支撐，” 張凱教授表示，“奧龍AL-Y3500 XRD 的高靈敏度和穩(wěn)定性，讓我們能夠捕捉到相組成的細(xì)微變化，這對(duì)探索增材制造中的復(fù)雜相變至關(guān)重要。” 團(tuán)隊(duì)的研究不僅豐富了 LPBF 技術(shù)的理論體系，更推動(dòng)了國產(chǎn)儀器在材料研究中的深度應(yīng)用。

科研離不開先進(jìn)儀器的支撐，而產(chǎn)學(xué)研的深度融合，正加速推動(dòng) “中國儀器” 走向世界舞臺(tái)。未來，隨著增材制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，張凱教授團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)深耕能量密度調(diào)控、微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，為航空航天、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的關(guān)鍵材料制備提供更多 “中國方案”。