在航空航天與生物醫(yī)學領域，TC4 鈦合金憑借優(yōu)異的力學性能和生物相容性備受青睞。然而，其高熔點、低導熱率的特性使得傳統(tǒng)加工難以制備復雜結(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，但如何精準調(diào)控能量密度以優(yōu)化材料性能，仍是行業(yè)攻關重點。沈陽工業(yè)大學張凱教授團隊，在《Journal of Manufacturing Processes》發(fā)表重要成果，借助奧龍 AL-Y3500型號X射線衍射儀（XRD）揭示了能量密度對 TC4 合金相組成、微觀結(jié)構(gòu)及宏觀性能的影響機制，為 LPBF工藝優(yōu)化提供了關鍵技術(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。張凱教授團隊利用奧龍 AL-Y3500 型X射線衍射儀，對不同能量密度下的樣品進行了高精度相組成分析，成為破解 “能量 - 結(jié)構(gòu) - 性能" 關系的核心工具。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 TC4 合金 LPBF 工藝從 “經(jīng)驗試錯" 走向 “科學設計"。
通過 XRD 分析，結(jié)合相對密度、表面粗糙度等指標，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 相顆粒分布達到最佳平衡，對應拉伸強度 1087.5 MPa、伸長率 13.73%，遠超國家標準，驗證了該區(qū)域工藝參數(shù)的合理性。
“國產(chǎn)儀器的進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微變化，這對探索增材制造中的復雜相變至關重要。" 團隊的研究不僅豐富了 LPBF 技術(shù)的理論體系，更推動了國產(chǎn)儀器在材料研究中的深度應用。
科研離不開先進儀器的支撐，而產(chǎn)學研的深度融合，正加速推動 “中國儀器" 走向世界舞臺。未來，隨著增材制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，張凱教授團隊將繼續(xù)深耕能量密度調(diào)控、微觀結(jié)構(gòu)設計等領域，為航空航天、生物醫(yī)學等領域的關鍵材料制備提供更多 “中國方案"。
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