润滑驱动下增材制造镍基高温合金的可持续加工：表面性能与刀具性能的协同优化

这篇研究聚焦于电弧增材制造(WAAM)镍基高温合金IN625的可持续加工难题，创新性地采用六方氮化硼(hBN)/石墨烯(1:2)混合纳米流体(HNF)润滑策略，通过对比干切削、单纳米流体(MNF)和HNF条件下的钻孔性能，揭示了HNF在降低切削温度(Tc)、改善表面粗糙度(Ra)和延长TiN涂层刀具寿命方面的协同效应，为增材制造后处理提供了绿色解决方案。

　　

Highlight

纳米流体润滑在Inconel 625钻孔中的摩擦学机制

在干式钻孔条件下，缺乏润滑层会导致刀具与工件间剧烈摩擦。金属表面在高速切削下的直接接触会引发切削区温度飙升，TiN涂层虽具保护作用，但会因热软化和持续磨耗出现剥落。图23(a)显示剧烈的摩擦热导致刀具前刀面形成明显的月牙洼磨损，同时切削刃出现崩刃现象。而混合纳米流体(HNF)的介入形成了双重保护机制：hBN纳米片通过物理吸附在接触面形成抗磨层，石墨烯则凭借其超滑特性实现摩擦系数动态调节，两者协同将切削温度降低31-34.15%。

不同冷却条件下的钻孔性能对比分析

表7系统对比了WAAM与锻造IN625在干切削、单纳米流体(MNF)和HNF环境下的关键指标。数据显示，HNF在所有场景中均表现卓越：对WAAM材料可使R_a降低21-32%，圆度偏差减少56-59.05%；对锻造材料则展现出更优的尺寸精度控制。电子显微镜(SEM)分析显示，HNF工况下的刀具后刀面磨损(V_b)减少约40%，且切削刃保持完整，这归因于纳米颗粒在刀具-切屑界面形成的自修复润滑膜。

结论

本研究通过四种切削环境(干切削、hBN-MNF、石墨烯-MNF及hBN:石墨烯=1:2的HNF)的系统对比，揭示了HNF在WAAM IN625加工中的独特优势。热物性测试表明，1:2配比的HNF具有最佳的分散稳定性、导热系数(提升18.7%)和润湿性(接触角降低34°)。在实际钻孔中，HNF使切削温度降幅达34.15%，表面质量提升32%，并显著抑制了TiN涂层的热降解。这些发现为航空航天领域高价值增材构件的绿色后处理提供了新范式。

（注：翻译中省略了文献引用标记[ ]及图注Fig.等标识，专业术语均保留英文缩写并标注中文释义，关键数据指标使用_{/^{标签规范呈现）}}