用EBSD改善添加剂制造金属的材料性能

添加剂制造（AM）或3D打印是通过从数字模型的层构建层的过程。该过程以多种方式，包括材料，时间和节省成本，提供了传统制造技术的优点。它有可能在各种市场生产近净形金属部件，包括医疗设备，汽车和航空航天。

图1。EBSD是一种替代的表征技术，提供了一个全面的表征AM材料。欧洲杯足球竞彩

然而，最终3D印刷输出与传统方法制造的产品相同的形状对于这些具有挑战性的应用来说是不够的。他们也必须有材料特性等于或优于他们的传统处理的对应物。优化AM工艺的沉积参数，并且任何后续的热处理对于获得所需的材料特性很重要。

现有解决方案的局限性

增材制造的工艺参数和任何后续的热加工过程都被调整，以改变材料的微观结构，并获得满足高性能应用要求所需的性能。有许多可用的技术来表征这些组件的微观结构，下面将概述这些技术。

光学显微镜（LOM）能够通过晶界对比度成像提供有关谷物的尺寸和形状的定性信息。然而，由于AM过程中快速冷却的累积，晶粒尺寸通常太小而无法用LOM精确解决。

通过扫描电子显微镜（SEM）获取的图像提供具有改进的空间分辨率的粒度数据。然而，SEM产生有关AM微观结构中存在的相位分布的有限数据，特别是对于涉及结晶结构的多晶型相，但没有改变化学 - HCP-Ti与Bcc-Ti的一个例子。

有关局部相位分布的信息和在相变电子显微镜（TEM）的情况下可以获得在相变的情况下开发的方向关系。然而，TEM具有有限的分析区域，并且通常涉及手动确定相位和方向关系，因此限制了可以执行的定量测量的数量。

X射线衍射（XRD）可以提供关于存在的相位分数的数据和在AM期间开发的优选取向。然而，由于XRD是批量测量方法，因此无法获得关于数据的空间分布的信息。AM是一个逐层制造过程，重要的是具有空间信息，以便理解在过程中发生的任何变化。

电子背散射衍射（EBSD）

替代表征技术是电子背散射衍射，能够进行AM材料的全面表征（欧洲杯足球竞彩图1）。EBSD在许多方面是有利的 - 例如，通过离散的晶体取向测量的直接测量晶粒尺寸和形状，具有纳米级空间分辨率，消除了晶界对比度误差。而且，晶粒形状和尺寸的测量可以在凝固后和任何后续热处理之后进行。

EBSD提供了直接的相位识别和相位分布的空间映射。AM过程包括加热、熔化和金属的快速凝固。相变可以发生作为这种热加工的结果，因此控制这些相变是获得所需材料性能的关键。

EBSD的特点是自动和快速的AM材料，从而允欧洲杯足球竞彩许精细的空间分辨率，大面积的数据收集，并统计准确的分析。因此，地方变化变得更加相关和有意义。

由于EBSD能够直接测量晶体取向以及这些取向的空间分布，微观结构和局部取向可以与材料内部的实际应力直接相关。

微量分析结果

根据使用的起始材料，可以使用许多不同的AM方法。基于棒的方法包括成形金属沉积（SMD）和融合沉积建模（FDM），以及基于粉末的方法包括选择性激光烧结（SLM）和电子束熔化（EBM）。

这些方法中的每一种涉及加热用于控制沉积的起始材料，随后冷却，以将结构固化为所需的形状。AM材料的微观结构和机械性能由加热和冷却型确定。欧洲杯足球竞彩

通过从SLM制造的钛样品中使用Team™EBSD收集数据来证明EBSD的表征能力。在该过程中，粉末状钛使用聚焦激光束局部熔化并烧结在一起以构建3D结构。展示了EBSD定向图图2，显示与沿沉积轴线定向的结晶平面对应的颜色。

图2。EBSD取向横跨选择性激光熔化（SLM）的横截面沉积的钛，显示Lath和分组微观结构，没有显着的优选取向。

微观结构由分布在“分组”内的小针状晶粒构成，其显示出先前的β相晶粒尺寸。β相尚未保留，并且仅检测到α相钛。在该分析期间没有检测到显着的优选取向，表明在制造期间没有显着的凝固纹理。在由电线馈送方法制造的类似材料中检测到具有更强质地的柱状晶粒。欧洲杯足球竞彩

颗粒图显示在图3.，颗粒的大小和形状以随机的颜色为特征。在这个区域，假设有一个圆形的晶粒，分析了超过30000个平均晶粒尺寸为740nm的晶粒。由于颗粒的形状明显不是圆形的，所以颗粒面积的度量值为0.794µm²衍生用于这种微观结构。该值更准确地表示真正的晶粒结构。在右下分析区域中示出了一些异常的较大晶粒。

图3。来自SLM沉积的钛的EBSD晶粒图，其中检测到的晶粒随机着色，以展示箱的大小和形态。

这些测量提供了有关晶粒尺寸和形状，晶粒形状，晶粒形状纵横比和晶体相关性的信息。这些在分析AM工艺期间显影的凝固微观结构以及在随后的热处理期间发生的变化的分析中可能是显着的。

316L不锈钢样品的方向图如图所示图4.．通过三维局部结合金属粉末制造样品，然后在高温下烧结结构。这种材料和工艺（15μm）大大尺寸大幅较大。与先前的方法一样，没有鉴定显着的优选取向，并且仅观察到FCC奥氏体。

图4。来自3-D印刷和烧结316L不锈钢样品的EBSD定向图，其中识别的双界是着色的白色和随机晶界彩色的黑色。

在这两种情况下，可能的相位在结构上不同但化学相似。因此，EBSD是相位分析的理想选择。图3.以白线显示明显的双晶界。这些特殊的边界会影响材料的最终性能，如屈服强度或耐腐蚀性能。该图像还显示了微观结构中较大的黑色区域的孔隙率，这与所采用的沉积参数有关。

结论

使用Pegasus分析系统推荐用于促进为医疗设备、汽车和航空航天市场创建同质、高性能金属零件的AM工艺的开发和优化。

Pegasus分析系统通过用户友好的界面进行集成的EDS和EBSD表征，以便快速可靠地分析晶粒形状和尺寸，组成，晶粒取向和优选的取向，以及相分布。

使用Hikari XP相机，快速，灵敏，智能EBSD模式收集前所未有的索引率和定位精度，可以获得分析复杂的微结构在AM过程中发展。

该信息的来源、审查和改编自EDAX公司提供的材料。欧洲杯足球竞彩

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