机械工程学报

作者：王进华, 王奉涛, 戴厚富, 纪秀林

单位：汕头大学机械工程系 汕头 515063

关键词：TC4合金,增材制造,仿生结构,腐蚀磨损,摩擦学；

基金：国家自然科学基金(12162008，52105178)、李嘉诚基金会交叉研究(2020LKSFG01D)、广东省高校创新团队(2020KCXTD012)和汕头大学科研启动基金(NTF21011)资助项目。

采用直接能量沉积(Directed energy deposition, DED)制备皮质骨仿生结构TC4合金，并利用摩擦与电化学联用的腐蚀磨损测试方法，在PBS磷酸盐缓冲液中研究了该仿生结构TC4合金的摩擦学性能。由于激光扫描间距引起成形过程中冷却速率的差异，仿生结构TC4合金的α/α´相含量随着激光扫描间距的扩大而增加，进而引起平均显微硬度的增加。在体液环境下，相比于致密块体，仿生结构样品除了0.3 N外，均呈现更高的开路电位和更低的摩擦因数。在相同载荷下，仿生结构样品的腐蚀电流密度均低于致密块体的腐蚀电流密度，而且增加载荷进一步扩大两者之间的腐蚀电流密度差，表明仿生结构可以显著提高TC4的耐蚀性。同时，在所有测试的载荷下，仿生结构样品的磨损率均显著低于致密块体TC4。在0.5 N载荷时，仿生结构TC4合金的平均磨损率降低了91%以上。耐蚀性的提高及高硬度带来的高抗变形能力增强了仿生结构TC4的摩擦学性能。所以，增材制造构建的空间结构可望优化材料的微观组织结构，进而显著增强摩擦学性能。

来源：2025年第11期

《机械工程学报》期刊编辑部

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