助力材料发展

   热等静压（Hot Isostatic Pressing，HIP）是一种对金属或陶瓷材料的特殊热处理工艺，是制备高性能材料的重要手段。该工艺技术可用于粉末冶金成型或对成型后的铸件（钛合金、高温合金、铝合金等疏松缩孔铸件)进行致密化处理。经过热等静压处理，材料的耐磨、耐腐蚀性以及机械性能会获得极大的提升，疲劳寿命可增加10~100倍。

加工特点：

• 高温           最高可达2000℃
• 高压           最大可达200 MPa
• 等静压力   利用惰性气体作为传压介质，相同的压力从各个方向均匀作用于部件表面

主要应用材料体系：

高温合金、钛合金、铝合金、铜合金、难熔金属、硬质合金、不锈钢、耐蚀合金，陶瓷、复合材料、电子材料、功能材料等。

   我们都知道，任何材料制成的制品都有一定的使用寿命，不可能无限期的使用下去，造成材料失效的根本原因有两种，一种是材料内部结构发生变化，即由于外界环境的干扰使材料的成分发生变化，新的成分无法达到合适的性能，材料随即失效； 另一种更为常见的原因是，由于材料内部残留杂质，微小裂纹，孔洞等，形成了性能突变点，我们称之为材料缺陷，在材料工作状态时，例如材料受到高温循环和应力循环时，在性能突变的位置会产生应力集中效应，最终在该点产生疲劳扩散，使材料断裂失效。 目前任何一种传统成型方法，都无法直接消除材料内部残留的缺陷，都需要进行后续的处理加工。

   当然，在常规的工作环境中，不需要对材料的性能提出过高要求，在不影响材料使用的情况下，一些缺陷是允许存在的。 但是在某些特殊工作环境下，如飞机发动机、核反应堆、重型燃机、海底石油开采等情况下，材料需要承受极高的温度，压力，振幅或腐蚀性环境，此时对材料的性能要求也就极高，不仅需要有超高的强度，韧性，抗腐蚀性，还要有极高的稳定性。此时，消除材料内部缺陷就变得尤为重要。

   热等静压作为一种特殊的金属热处理工艺，目前是最有效的消除材料内部缺陷的热处理方法，也是使材料内部缺陷最少的材料成型方法。因此，热等静压是世界范围内，各领域重要关键零部件的例行加工步骤。

根据待加工产品的需求，可将热等静压处理服务分为以下三类：

   材料服役过程中，材料内部残留的孔隙和微小裂纹既是断裂萌生点，也是磨损和腐蚀萌生点。在飞机发动机，核反应堆，重型燃机等复杂工作环境中，一旦材料发生断裂失效，将造成极严重的后果。而经过热等静压处理，材料内部组织结构发生致密化，孔隙和缺陷全部消失，形成了均匀致密的整体，极大的提高材料的耐磨、耐腐蚀性，机械性能及疲劳强度。

   在铸造工艺中，由于材料冷却时温度扩散不均匀会产生内部疏松、偏析、缩孔、微裂纹等工艺固有缺陷，降低材料性能、使用寿命和稳定性。同样，在金属注射成型和3D打印工艺中也存在着材料内部结构疏松，残留部分缺陷的问题。

   热等静压致密化处理是指将铸件、注射成型或3D打印制品等内部存在缺陷的产品，至于高温环境下，通过惰性气体作为传力介质，对其施加各项等同的等静压力，迫使制品固态相下发生形变，原子层面上发生扩散，内部孔隙和微小裂纹消失，以消除材料内部断裂萌生点（应力集中点），从而极大的提升制品整体性能。

   为了满足目前航空航天行业的发展趋势，突破航空发动机关键技术，加快推进航空发动机产业化成为核心内容之一。航空发动机的零件种类多种多样，主要采用铝合金，钛合金，高温合金，合金钢等多种材料制造。因此，其成形技术十分复杂与多样。随着发动机向轻量化，高性能和长寿命方向发展，零件必须采用高性能材料和整体成形技术才能满足以上要求。热等静压整体成形技术，尤其在钛合金、镍基高温合金构件制造方面显示出了强大的技术优势和经济优势。通过热等静压技术的处理，零部件可以达到100%致密化，消除钛合金和高温合金精密铸造工艺固有内部缺陷，例如气孔、内部裂缝、局部疏松等，从而在提高部件整体力学性能，尤其是疲劳性能，同时降低成本，提高能源效率。

   作为迄今为止热-功转换效率最高的动力机械，重型燃机广泛应用于机械驱动（如舰船、火车）和大型电站。重燃机作为一种旋转叶轮式发动机，燃气轮机叶片是重燃机最核心的部件，因为叶轮要长期在1400℃－1600℃的高温下稳定工作，这是一种对材料质量和性能都极高要求的工作环境，因此重燃机叶片都需采用高温合金材料制作。

   铸造过程中，材料的夹渣、裂纹、疏松、气孔以及变形等，都会影响叶片的强度和性能。而这些缺陷在本身的生产工艺中是不可能避免的，只能通过后续极限处理使其变成可能，热等静压就是其中一项重要的工艺。

   热等静压处理后的高温合金可以基本完全消除精密铸造中所残留的缺陷以及变形的问题，大大提升了材料的性能和抗疲劳能力，从而明显的提高了重燃机的使用寿命，而去对比单晶叶片又有巨大的成本上的优势。目前重燃机叶片工作时间提升到了3万小时到5万小时不等，比传统不经过热等静压处理的部件提升近50％的使用寿命。

   在增材制造的过程中，内部将残留气孔、微裂纹、残余应力等缺陷，缺陷的尺寸、类型将由具体的打印工艺参数决定。 这些缺陷对材料的力学性能，特别是疲劳性能影响非常大。而通过热等静压处理，这些缺陷都可以被消除，材料的密度将达到理论值。

 疲劳强度对某些重要部件，如航空航天组件和医疗植入物，来说是非常重要的因素，因此对于这些部件，HIP处理是一道例行工序。HIP处理过的制品屈服强度相较于原始材料会有所下降，但提升了延展性。 由于在增材制造的过程中，材料会承担每秒几千度的冷却速度，因此会产生高屈服强度。后续进行常规热处理时，如HIP处理和退火处理，微观组织会变粗，导致屈服强度降低，但延展性提升。

   无论在3D打印过程中内部产生微量孔隙还是大量孔隙， 都可以通过HIP处理全部消除，因此，无需对一次加工得3D打印制品提出过高的要求，可生产大批“低质量产品” 随后通过热等静压批量处理使产品达到要求，节省了时间和成本。 此外，由于在增材制造中材料的孔隙在内部是均匀分布的，在HIP致密化的过程中，各个方向体积收缩是均匀的，不会出现一般粉末冶金近终成型工艺中出现的形变，同时制品的残余应力会得到释放，实现了一举多得的效果。