鈦合金具有比強度高、耐蝕性強以及生物相容性好等特性，是制造金屬微構(gòu)造件的理想資料。但是，鈦合金導(dǎo)熱系數(shù)低、彈性模量小且化學(xué)親和力強，亦是典型的難加工資料。在剖析鈦合金微構(gòu)造件加工特性的根底上，按增材、等材和減材的成形方式對鈦合金微制造技術(shù)停止了綜述，引見了各自的成形原理與工藝 特性，并對鈦合金微制造技術(shù)的將來開展方向提出了瞻望。

1  序文

精細(xì)化、微型化是現(xiàn)代制造業(yè)的重要開展方向。鈦合金作為一種重要的輕質(zhì)合金，具有比強度高、耐蝕性強以及生物相容性好等特性，被以為是制造金屬微構(gòu)造件的理想資料[1]。隨著制造技術(shù)的開展，鈦合金必將在航空航天、生物醫(yī)療和精細(xì)儀器等范疇得到更多的應(yīng)用。

但是，鈦合金自身導(dǎo)熱系數(shù)低、彈性模量小且高溫下化學(xué)親和力強，屬于典型難加工資料。同時，金屬微構(gòu)造件體積小、特征復(fù)雜，對精度及外表質(zhì)量請求高，采用傳統(tǒng)加工工藝普遍存在加工質(zhì)量差、刀具磨損快等現(xiàn)象。因而，研討和探尋高效、高質(zhì)量的鈦合金微制造技術(shù)已成為當(dāng)前的一個熱點。

本文按增材、等材和減材成形類別對現(xiàn)有的鈦合金微制造辦法與技術(shù)停止了綜述，引見了它們的成形原理與工藝特性，并對鈦合金微制造技術(shù)的將來開展方向提出了瞻望。

2  鈦合金增材微制造技術(shù)

鈦合金增材微制造技術(shù)以數(shù)字化模型為根底，在維護氛圍下打印出二維截面，堆積連續(xù)的二維截面進而取得三維實體。常見的鈦合金增材制造技術(shù)有選區(qū)激光熔融（SLM）、選區(qū)電子束凝結(jié)（EBM）等。

經(jīng)過SLM技術(shù)制備出圖1所示的鈦鉭合金多孔試樣，發(fā)現(xiàn)多孔構(gòu)造的尺寸精度、力學(xué)性能對激光功率更為敏感；研討了SLM技術(shù)加工薄壁零件的才能，經(jīng)過數(shù)學(xué)模型剖析了加工參數(shù)的影響，并以Ti6Al4V為原料制備出微板、微柱構(gòu)造；經(jīng)過EBM制備出具有優(yōu)秀組織構(gòu)造的Ti2448多孔試樣，且該試樣有較高的強度模數(shù)比。

增材微制造技術(shù)消費的零件存在內(nèi)部孔隙，對其機械性能有不利影響。此外，該技術(shù)以圖層堆積方式停止加工，廢品零件外表粗糙度欠佳，局部場所需求后續(xù)處置以滿足實踐需求。

3  鈦合金等材微制造技術(shù)

鈦合金等材微制造技術(shù)主要為粉末注射微成形技術(shù)。該技術(shù)加工時將粉末與粘結(jié)劑混煉制成加工原料，成形出特定外形，經(jīng)脫脂、燒結(jié)等環(huán)節(jié)得到所需求的產(chǎn)品。該技術(shù)制備的工件成分平均、后期廢料少，具備批量消費才能。

由于該技術(shù)消費原料——低氧超細(xì)球形鈦粉本錢較高，因而MANSHADI等[8]研討了低本錢替代原料——氫化物脫氫（HDH）鈦粉的加工可行性，并肯定了該原料的關(guān)鍵工藝參數(shù)，最終廢品收縮平均，但含氧量高于預(yù)期；以水 溶性聚乙二醇（PEG）為主要成分，聚碳酸亞內(nèi)酯（PPC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）為主鏈成分開發(fā)了適用于鈦合金粉末注射微成形的新型粘結(jié)劑體系，新型粘結(jié)劑可顯著進步成形件的生坯強度，有利于后續(xù)加工。

鈦合金粉末注射微成形技術(shù)具有批量消費才能，但是較高的原料本錢限制了該技術(shù)的推行，需求進一步開發(fā)低氧超細(xì)球形粉末的制備工藝，或展開低本錢替代原料的加工性能研討。另外，鈦合金粉末注射微成形的粘結(jié)劑通常是自創(chuàng)其他粉末的加工工藝，特性無法與鈦合金完整匹配，需求進一步開發(fā)合適鈦合金的新型粘結(jié)劑以取得更好的加工效果。

4  鈦合金減材微制造技術(shù)

4.1  機械微加工技術(shù)

機械微加工技術(shù)經(jīng)過刀具的微量切削作用去除資料，具有加工精度高、外表完好性好、加工柔性強和外表成分穩(wěn)定等優(yōu)點。

經(jīng)過球頭微銑削技術(shù)在Ti6Al4V外表制備出了微凹坑與微網(wǎng)格構(gòu)造（局部微構(gòu)造見圖3），并研討了不同構(gòu)造的摩擦學(xué)性能；ZIBEROV等[11]研討了鈦合金微切削時刀具涂層對刀具磨損的影響，結(jié)果標(biāo)明，在干式切削條件下，采用類金剛石涂層刀具、TiAlN涂層刀具切削Ti6Al4V資料時刀具磨損可分別降低640%、267%。

由于鈦合金的切削加工性能較差，加工過程易呈現(xiàn)刀具磨損、外表毛刺等現(xiàn)象，因而鈦合金的機械微加工相較于常規(guī)金屬而言難度更大。雖然近期關(guān)于鈦合金機械微加工的研討論文迸發(fā)式增長，但其工業(yè)化應(yīng)用的案例實踐上十分稀少。

4.2  熱能微加工技術(shù)

（1）激光微加工技術(shù)  激光微加工技術(shù)經(jīng)過高能量密度激光蝕除工件資料，與常規(guī)激光加工技術(shù)相比精度更高，熱影響區(qū)更小，特別合適工件部分的熱燒蝕處置。

在高掃描速度條件下對鈦合金停止了激光微加工，加工效果如圖4所示；經(jīng)過激光微加工技術(shù)在Ti6Al4V外表制備出連通的蜂窩狀構(gòu)造，經(jīng)處置的零件外表光學(xué)反射率降低了90%。

激光微加工過程通常在空氣中停止，工件外表易發(fā)作氧化蛻變，且熱能作用下鈦合金外表易產(chǎn)生熱損傷。該技術(shù)采用的短脈沖激光發(fā)作器本錢較高，需求進一步研發(fā)高效、牢靠且低本錢的短脈沖激光發(fā)作器，以促進該技術(shù)的工業(yè)化應(yīng)用。

（2）電火花微加工技術(shù)  電火花加工技術(shù)選用微米級工具電極，經(jīng)過控制工具電極與工件之間的電火花來去除資料。該技術(shù)加工精度高，且具備加工深邃寬比微構(gòu)造的才能。

提出了雙軸聯(lián)動、單軸伺服的電火花微加工新工藝，經(jīng)過新工藝勝利加工出NiTi合金微零件（見圖5）；探究了不同工具電極轉(zhuǎn)速下工作間隙介質(zhì)的速度場以及產(chǎn)物散布狀況，發(fā)現(xiàn)高速旋轉(zhuǎn)的電極有助于肅清產(chǎn)物并進步加工過程的穩(wěn)定性。

電火花微加工技術(shù)同樣基于熱效應(yīng)去除工件資料，加工時易產(chǎn)生熱缺陷。由于其加工過程頻繁放電，所以電極會不可防止地發(fā)作損耗，降低加工精度。此外，在加工深邃寬比微構(gòu)造時，加工產(chǎn)物易附著在工件外表，對加工穩(wěn)定性存在不利影響。

4.3   電解微加工技術(shù)

電解微加工技術(shù)以電化學(xué)溶解技術(shù)為原理，經(jīng)過陽極金屬氧化溶解去除工件資料。該技術(shù)無電極損耗，加工過程無內(nèi)應(yīng)力，廢品外表粗糙度好，且工件資料以離子方式去除，理論精度可達納米級。

為研討鈦合金電解微加工的可能性，測試了不同電解質(zhì)條件下鈦合金的溶解特性，發(fā)現(xiàn)乙二醇-溴化鈉組合的電解液表現(xiàn)出優(yōu)良的加工效果；研討了電解微加工中工藝參數(shù)對加工精度的影響，并經(jīng)過層層電解銑削的方式在純鈦外表制備出如圖6所示的方形螺旋微通道通槽構(gòu)造；在采用氯化鈉-乙二醇電解液的根底上引入了高速旋轉(zhuǎn)的螺旋電極以加速電解產(chǎn)物的去除，在鈦板上加工出了高精度、高外表質(zhì)量的微縫構(gòu)造。

鈦合金具有易鈍化的特性，其在水基溶液中易構(gòu)成鈍化層，會招致溶解過程難以持續(xù)穩(wěn)定停止。同時，電解微加工中的非加工區(qū)雜散腐蝕、加工外表再腐蝕等現(xiàn)象也會對廢品的加工效果產(chǎn)生不利影響。固然科技界對鈦合金電解微加工極有興味并充溢等待，但該技術(shù)在適用化之前還需相當(dāng)長的探究之路。

4.4  復(fù)合微加工技術(shù)

由于鈦合金具有諸多難加工特性，單一資料去除原理的加工辦法存在一定局限，因而，為取得更好的加工效果，常常將兩種或兩種以上不同原理的工藝組合構(gòu)成復(fù)合加工。

為處理鈦合金切削性能差等問題，提出激光誘導(dǎo)氧化銑削工藝，控制激光與氧氣保送，誘導(dǎo)鈦合金外表構(gòu)成松懈的氧化層，后經(jīng)過微銑削完成資料去除。該技術(shù)可取得更好的加工外表質(zhì)量，且刀具磨損率極低。針對電火花加工產(chǎn)物排出艱難等問題，開發(fā)出一種超聲輔助電火花微加工安裝，發(fā)現(xiàn)超聲振動對電火花微加工的資料去除率、刀具磨損率和孔錐度具有顯著影響。為改善鈦合金鈍化招致的加工穩(wěn)定性降低等問題，研討了機械電解銑削過程中資料的去除機制，樹立了數(shù)學(xué)模型以權(quán)衡加工期間電化學(xué)銑削與常規(guī)銑削的占比，與傳統(tǒng)的電解加工相比，機械電解銑削加工具有更高的加工效率。

復(fù)合微加工技術(shù)的原理性限制更少，具有更高的開展?jié)摿?。但是其加工過程相對復(fù)雜，不同能量結(jié)合作用下資料的去除機理尚不完整分明，因而鈦合金復(fù)合微加工技術(shù)目前多處于概念開發(fā)和原型開發(fā)階段，需求進一步研討以完成高效、高質(zhì)量的鈦合金微加工。

5  完畢語

本文綜述了幾種重要的鈦合金微制造辦法與技術(shù)，總結(jié)了各工藝的優(yōu)勢與缺乏。由于鈦合金具有諸多難加工特性，單一資料去除原理的加工方式存在一定的局限，而復(fù)合微加工技術(shù)目前處于起步階段，有待進一步研討，因而，將來的研討重點應(yīng)聚焦至以下方面。

1）關(guān)于減材微制造技術(shù)，需加深對資料去除機理的了解，改善加工過程中呈現(xiàn)的不利要素。此外，需進一步推進復(fù)合微加工技術(shù)的研討，充沛應(yīng)用不同的加工機理完成鈦合金高質(zhì)量加工。

2）關(guān)于增材微制造技術(shù)，需進一步探究低孔隙率的微加工技術(shù)及高效的微構(gòu)造件后處置技術(shù)，逐漸推進鈦合金增材微制造技術(shù)在工業(yè)范疇的開展。

3）關(guān)于等材微制造技術(shù)，需展開低本錢鈦粉的可行性研討，研發(fā)適配鈦合金資料特性的加工工藝以完成批量化的高質(zhì)量加工。