1、序言

精密化、微型化是现代造作业的沉要发展方向。钛合金作为一种沉要的轻质合金，拥有比强度高、耐蚀性强以及生物相容性好等特点，被以为是造作金属微结构件的梦想资料 [1] 。随着造作技术的发展，钛合金必将在航空航天、生物医疗和精密仪器等领域得到更多的利用。

然而，钛合金自身导热系数低、弹性模量幼且高温下化学亲和力强，属于典型难加工资料 [2，3] 。

同时，金属微结构件体积幼、特点复杂，对精度及表表质量要求高，选取传统加工工艺普遍存在加工质量差、刀具磨损快等景象。因而，钻研和探寻高效、高品质迪胙合金微造作技术已成为当前的一个热点。

本文按增材、等材和减材成形类别对现有迪胙合金微造作步骤与技术进行了综述，介绍了它们的成形道理与工艺特点，并对钛合金微造作技术的未来发展方向提出了瞻望。

2、钛合金增材微造作技术

钛合金增材微造作技术以数字化模型为基础，在
；た掌麓蛴〕龆维截面，堆积陆续的二维截面进而获得三维实体。常见迪胙合金增材造作技术有选区激光熔融（SLM）、选区电子束溶解（EBM）等。

SING等 [4] 通过SLM技术造备出图1所示迪胙钽合金多孔试样，发现多孔结构的尺寸精度、力学机能对激光功率更为敏感
；MIRANDA等 [5] 钻研了SLM技术加工薄壁零件的能力，通过数学模型分析了加工参数的影响，并以Ti6Al4V为原料造备出微板、微柱结构
；LIU等 [6] 通过EBM造备出拥有良好组织结构的Ti2448多孔试样，且该试样有较高的强度

增材微造作技术出产的零件存在内部孔隙，对其机械机能有不利影响。此表，该技术以图层堆积方式进行加工，制品零件表表粗糙度欠佳，部门场所必要后续处置以满足现实需要。

3、钛合金等材微造作技术

钛合金等材微造作技术重要为粉末注射微成形技术。该技术加工时将粉末与粘结剂混炼造成加工原料，成形出特定状态，经脱脂、烧结等环节得到所必要的产品。该技术造备的工件成吩旖均、后期废料少，具备批量出产能力，其部门加工事俘如图2所示 [7] 。

由于该技术出产原料——低氧超细球形钛粉成本较高，因而MANSHADI等 [8] 钻研了低成本代替原料——氢化物脱氢（HDH）钛粉的加工可行性，并确定了该原料的关键工艺参数，最终制品收缩均匀，但含氧量高于预期
；HAYAT等 [9] 以水溶性聚乙二醇（PEG）为重要成分，聚碳酸亚内酯（PPC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为主链成分隔发了合用于钛合金粉末注射微成形的新型粘结剂系统，新型粘结剂可显著提高成形件的生坯强度，有利于后续加工。

钛合金粉末注射微成形技术拥有批量出产能力，然而较高的原料成本限度了该技术的推广，必要进一步开发低氧超细球形粉末的造备工艺，或发展低成本代替原料的加工机能钻研。另表，钛合金粉末注射微成形的粘结剂通常是借鉴其他粉末的加工工艺，个性无法与钛合金齐全匹配，必要进一步开发适合钛合金的新型粘结剂以获得更好的加工成效。

4、钛合金减材微造作技术

4.1 机械微加工技术

机械微加工技术通过刀具的微量切削作用去除资料，拥有加工精度高、表表齐全性好、加工柔性强和表表成分不变蹬着点。

PRATAP等 [10] 通过球头微铣削技术在Ti6Al4V表表造备出了微凹坑与微网格结构（部门微结构见图3），并钻研了分歧结构的摩擦学机能
；ZIBEROV等 [11] 钻研了钛合金微切削时刀具涂层对刀具磨损的影响，了局批注，在干式切削前提下，选取类金刚石涂层刀具、TiAlN涂层刀具切削Ti6Al4V资料时刀具磨损可别离降低640%、267%。

由于钛合金的切削加工机能较差，加工过程易出现刀具磨损、表表毛刺等景象，因而钛合金的机械微加工相较于通例金属而言难度更大。只管近期关于钛合金机械微加工的钻研论文发作式增长，但其工业化利用的案例现实上极度稀少。

4.2 热能微加工技术

（1）激光微加工技术　激光微加工技术通过高能量密度激光蚀除工件资料，与通例激光加工技术相比精度更高，扰装响区更幼，尤其适合工件部门的热烧蚀处置。

TEMMLER等 [12] 在高扫描速度前提下对钛合金进行了激光微加工，加工成效如图4所示
；WANG等 [13] 通过激光微加工技术在Ti6Al4V表表造备出连通的蜂窝状结构，经处置的零件表表光学反射率降低了90%。

激光微加工过程通常在空气中进行，工件表表易产生氧化变质，且热能作用下钛合金表表易产生热危险。该技术选取的短脉冲激光产生器成本较高，必要进一步研发高效、靠得住且低成本的短脉冲激光产生器，以推进该技术的工业化利用。

（2）电火花微加工技术　电火花加工技术选用微米级工具电极，通过节造工具电极与工件之间的电火花往来除资料。该技术加工精度高，且具备加工深邃宽比微结构的能力。

TONG等 [14] 提出了双轴联动、单轴伺服的电火花微加工新工艺，通过新工艺成功加工出NiTi合金微零件（见图5）
；FENG等 [15] 索求了分歧工具电极转速下工作间隙介质的速度场以及产品散布情况，发现高速旋转的电极有助于断根产品并提高加工过程的不变性。

电火花微加工技术同样基于热效应去除工件资料，加工时易产生热缺点。由于其加工过程频仍放电，所以电极会不成预防线产生损耗，降低加工精度。此表，在加工深邃宽比微结构时，加工产品易附着在工件表表，对加工不变性存在不利影响。

4.3 电解微加工技术

电解微加工技术以电化学溶化技术为道理，通过阳极金属氧化溶化去除工件资料。该技术无电极损耗，加工过程无内应力，制品表表粗糙度好，且工件资料以离子大局去除，理论精度可达纳米级。

为钻研钛合金电解微加工的可能性，ANASANE等 [16] 测试了分歧电解质前提下钛合金的溶化个性，发现乙二醇-溴化钠组合的电解液阐发出优异的加工成效
；ANASANE等 [17] 钻研了电解微加工中工艺参数对加工精度的影响，并通过层层电解铣削的方式在纯钛表表造备出如图6所示的方形螺旋微通路通槽结构
；YU等 [18] 在选取氯化钠-乙二醇电解液的基础上引入了高速旋转的螺旋电极以加快电解产品的去除，在钛板上加工出了高精度、高表表质量的微缝结构。

钛合金拥有易钝化的个性，其在水基溶液中易形成钝化层，会导致溶化过程难以持续不变进行。

同时，电解微加工中的非加工区杂散侵蚀、加工表表再侵蚀等景象也会对制品的加工成效产生不利影响。固然科技界对钛合金电解微加工极有兴致并充斥等待，但该技术在实用化之前还需相当长的索求之路。

4.4 复合微加工技术

由于钛合金拥有诸多难加工个性，单一资料去除道理的加工步骤存在肯定局限，因而，为获得更好的加工成效，时时将两种或两种以上分歧道理的工艺组合形成复合加工。

为解决钛合金切削机能差等问题，XIA等 [19] 提出激光诱导氧化铣削工艺，节造激光与氧气输送，诱导钛合金表表形成疏松的氧化层，后通过微铣削实现资料去除。该技术可获得更好的加工表表质量，且刀具磨损率极低。针对电火花加工产品排出难题等问题，SINGH等 [20] 开发出一种超声辅助电火花微加工装置，发现超声振动对电火花微加工的资料去除率、刀具磨损率和孔锥度拥有显著影响。

为改善钛合金钝化导致的加工不变性降低等问题，WANG等 [21] 钻研了机械电解铣削过程中资料的去除机造，成立了数学模型以衡量加工期间电化学铣削与通例铣削的占比，与传统的电解加工相比，机械电解铣削加工拥有更高的加工效能。

复合微加工技术的道理性限度更少，拥有更高的发展潜力。然而其加工过程相对复杂，分歧能量结合作用下资料的去除机理尚不齐全明显，因而钛合金复合微加工技术目前多处于概想开发和原型开发阶段，必要进一步钻研以实现高效、高品质迪胙合金微加工。

5、实现语

本文综述了几种沉要迪胙合金微造作步骤与技术，总结了各工艺的优势与不及。由于钛合金拥有诸多难加工个性，单一资料去除道理的加工方式存在肯定的局限，而复合微加工技术目前处于起步阶段，有待进一步钻研，因而，未来的钻研沉点应聚焦至以下方面。

1）对于减材微造作技术，需加深对资料去除机理的理解，改善加工过程中出现的不利成分。此表，需进一步推动复合微加工技术的钻研，充分利用分歧的加工机理实现钛合金高质量加工。

2）对于增材微造作技术，需进一步索求低孔隙率的微加工技术及高效的微结构件后处置技术，逐步推动钛合金增材微造作技术在工业领域的发展。

3）对于等材微造作技术，需发展低成本钛粉的可行性钻研，研发适配钛合金资料个性的加工工艺以实现批量化的高质量加工。

参考文件：

[1] 赵晓强，李陇涛. 钛合金资料个性及切削加工步骤[J]. 金属加工（冷加工），2020（5）：15-17.

[2] 孟庆国，晁耀杰，王大宏，等. 钛合金切削质量的影响成分与改进措施[J]. 金属加工（冷加工），2020（12）：52-54.

[3] 王兵，刘战强，梁晓亮，等. 钛合金高质高效切削加工刀具技术[J]. 金属加工（冷加工），2022（3）：1-5，13.

[4] SING S L，WIRIA F E，YEONG W Y. Selectivelaser melting of lattice structures: a statistical approachto manufacturability and mechanical behavior[J].Robotics and Computer-Integrated Manufacturing，2018，49：170-180.

[5] MIRANDA G. A study on the production of thin-walled Ti6Al4V parts by selective laser melting[J].Journal of Manufacturing Processes，2019，39：346-355.

[6] LIU Y，LI S，HOU W，et al. Electron beam meltedbeta-type Ti–24Nb–4Zr–8Sn porous structures withhigh strength-to-modulus ratio[J]. Journal of Materials Science & Technology，2016，32（6）：505-508.

[7] GERMAN R M. Progress in titanium metal powderinjection molding[J]. Materials，2013, 6（8）：3641-3662.

[8] DEHGHAN-MANSHADI A，STJOHN D，DARGUSCH M，et al. Metal injection mouldingof non-spherical titanium powders: processing,microstructure and mechanical properties[J]. Journalof Manufacturing Processes，2018，31：416–423.

[9] HAYAT M D，JADHAV P P，ZHANG H，et al.Improving titanium injection moulding feedstockbased on PEG/PPC based binder system[J]. Powder Technology，2018，330：304–309.

[10] PRATAP T，PATRA K. Tribological performancesof symmetrically micro-textured Ti-6Al-4V alloyfor hip joint[J]. International Journal of MechanicalSciences，2020，182：105736.

[11] ZIBEROV M，DE OLIVEIRA D，DA SILVA MB，et al. Wear of TiAlN and DLC coated microtools in micromilling of Ti-6Al-4V alloy[J]. Journal of Manufacturing Processes，2020，56：337–349.

[12] TEMMLER A，QI S. Surface Structuring by Laser Remelting (WaveShape): Microstructuring of Ti6Al4V for a Small Laser Beam Diameter and High Scan Speeds[J]. Micromachines，2021，12（6）：660.

[13] WANG Y，KE C，WU T，et al. Nanosecond lasertexturing with hexagonal honeycomb micro-structureon Titanium for improved wettability and opticalproperties[J]. Optik，2019，192：162953.

[14] TONG H，PU Y，YANG J，et al. A specialprocess of 3D servo scanning micro electro dischargemachining for machining pierced micro structures ofNiTi alloy tube[J]. Journal of Micromechanics andMicroengineering，2019，29（6）：065003.

[15] FENG G，YANG X，CHI G. Experimental andsimulation study on micro hole machining in EDMwith high-speed tool electrode rotation[J]. TheInternational Journal of Advanced ManufacturingTechnology，2019，101（1-4）：367-375.

[16] ANASANE S S，BHATTACHARYYA B.Experimental investigation on suitability ofelectrolytes for electrochemical micromachining oftitanium[J]. The International Journal of AdvancedManufacturing Technology，2016，86（5-8）：2147-2160.

[17] ANASANE S S，BHATTACHARYYA B.Experimental investigation into micromilling ofmicrogrooves on titanium by electrochemicalmicromachining[J]. Journal of ManufacturingProcesses，2017，28：285-294.

[18] YU N，FANG X，MENG L，et al. Electrochemicalmicromachining of titanium microstructures in anNaCl–ethylene glycol electrolyte[J]. Journal ofApplied Electrochemistry，2018，48（3）：263-273.

[19] XIA H，ZHAO G，LI L，et al. Fabrication ofhigh aspect ratio microgroove on Ti6Al4V by laser-induced oxidation assisted micro milling[J]. Journal ofManufacturing Processes，2019（45）：419-428.

[20] SINGH P，YADAVA V，NARAYAN A. Parametricstudy of ultrasonic-assisted hole sinking micro-EDMof titanium alloy[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2018，94（5-8）：2551-2562.

[21] WANG M，QU N. Investigation on material removal mechanism in mechano-electrochemical milling of tc4 titanium alloy[J]. Journal of Materials Processing Technology，2021，295：117206.