激光定向能量沉积Inconel 625的微观结构与腐蚀性能关联机制研究

本研究针对激光定向能量沉积(LDED)制备Inconel 625(IN625)的工艺参数-微观结构-腐蚀性能关联机制展开系统研究。通过调控扫描速度获得三种沉积样品(AD-L/M/H)，发现高速扫描(AD-H)使晶粒尺寸减小22.8%、位错密度增加，腐蚀电流密度(Icorr)降低，腐蚀抗力呈现AD-H>AD-M>AD-L的规律，为海洋工程用高性能镍基合金的增材制造提供理论依据。

　　

在海洋工程和航空航天领域，镍基高温合金Inconel 625(IN625)因其卓越的耐腐蚀性和高温强度成为关键材料。然而，传统铸造锻造工艺难以制造复杂构件，而新兴的激光定向能量沉积(LDED)技术虽能实现复杂成形，但其快速非平衡凝固过程产生的独特微观结构对材料性能的影响机制尚不明确。特别是对于长期服役于含氯环境的海洋部件，理解LDED工艺参数如何通过调控微观结构来影响腐蚀性能，成为制约该技术工程应用的关键科学问题。

针对这一挑战，印度理工学院卡拉格普尔分校联合团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表重要研究成果。研究人员采用商业LDED系统（FORMALLOY L-series），通过固定激光功率(1 kW)和变化扫描速度制备三组IN625样品（AD-L:低速、AD-M:中速、AD-H:高速），综合运用电子背散射衍射(EBSD)、显微硬度测试和电化学工作站等分析手段，首次系统揭示了扫描速度-微观结构-腐蚀性能的关联机制。

微观结构与结晶学织构
密度测试显示AD-H样品达8.387±0.004 g/cm³，略高于其他组，归因于高速扫描减少热缺陷。EBSD分析表明AD-H平均晶粒尺寸(196±53 μm)较AD-L减小22.8%，位错密度显著增加。这种细化效应源于高速扫描导致更高冷却速率(~10⁵ K/s)，同时<100>织构强度降低19.2%，表明晶粒取向随机性增强。

电化学腐蚀行为
在3.5 wt.% NaCl溶液中，AD-H表现出最优腐蚀电位(E_corr)和最低腐蚀电流密度(I_corr)。动电位极化曲线显示其钝化区间拓宽，点蚀电位提升，腐蚀抗力顺序为AD-H>AD-M>AD-L。这归因于高速扫描样品中：1)晶界密度增加加速钝化膜形成；2)位错密度提升促进铬元素扩散；3)二次相(如Laves相)体积分数降低减少微电偶腐蚀。

表面腐蚀形貌
扫描电镜观察发现所有样品均呈现局部腐蚀特征，但AD-H的腐蚀坑密度降低37%。值得注意的是，柱状晶区比等轴晶区更易发生点蚀，这与晶面取向相关的溶解速率差异有关。能谱分析证实腐蚀优先发生在富铌的晶界区域，而高速扫描样品中元素分布更均匀。

显微硬度关联性
AD-H样品显微硬度(265 HV)较AD-L提升8.4%，与Hall-Petch效应和位错强化机制相符。硬度与腐蚀性能呈现正相关，表明力学性能提升同时可增强耐蚀性，这一协同效应在海洋工程材料设计中具有重要意义。

该研究通过多尺度表征技术，首次阐明LDED工艺中扫描速度通过调控晶粒尺寸、位错密度和二次相分布来影响IN625腐蚀性能的机制。特别指出：1)高速扫描(AD-H)产生的细晶结构使腐蚀电流密度降低34%；2)降低织构强度可改善各向异性腐蚀行为；3)控制Laves相体积分数是提升耐点蚀能力的关键。这些发现不仅为海洋环境用增材制造合金的工艺优化提供理论指导，更建立了"工艺参数-微观结构-服役性能"的定量关联模型，对推动高性能镍基合金的数字化制造具有重要价值。