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激光选区熔化纯钨防散射栅格的工艺及性能研究

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稀有金属 2023年第5期47卷 757-768页

作者：王迪胡伟南杨永强冯永伟张英杰伊浩华南理工大学机械与汽车工程学院广东广州510641 华南理工大学吴贤铭智能工程学院广东广州511442 重庆大学机械与运载工程学院重庆400030

为探究激光选区熔化(SLM)成形纯钨防散射栅格的最佳工艺参数,研究了不同工艺参数对于栅格试样的表面粗糙度、熔道厚度、压缩力学性能以及钨实体试样致密度、微观组织的影响规律。研究发现,栅格试样的表面粗糙度会随着激光功率和扫描速... 详细信息

为探究激光选区熔化(SLM)成形纯钨防散射栅格的最佳工艺参数,研究了不同工艺参数对于栅格试样的表面粗糙度、熔道厚度、压缩力学性能以及钨实体试样致密度、微观组织的影响规律。研究发现,栅格试样的表面粗糙度会随着激光功率和扫描速度的增加而增加,过高的激光功率容易产生球化现象。此外,激光功率的增加以及扫描速度的减小都会使得熔道的厚度尺寸增加,在200 W激光功率以及500 mm·s^(-1)扫描速度工艺条件下熔道厚度最为接近100μm的预设值。压缩测试结果表明,纯钨薄壁栅格件的抗压强度会随着激光功率的增加以及扫描速度的减小而增加,且试样最大抗压强度达到了172 MPa。实体试样的致密度会随着激光扫描速度增加而减小,并且随着激光功率的增加先增大再减小,最终在375 W激光功率以及500 mm·s^(-1)扫描速度工艺条件下获得98.36%的最大致密度。其构建方向组织多为柱状晶粒,并且晶粒会随着激光功率的减小以及扫描速度的增加而细化。最后根据探究的工艺参数对栅格熔道形貌及厚度尺寸的影响规律,通过工艺优化,在210 W-600 mm·s^(-1)以及375 W-500 mm·s^(-1)条件下分别成形了防散射栅格的栅格和实体部分,成功打印的栅格熔道形貌较好、且具有较高的成形精度((100±10)μm)。

关键词：激光选区熔化(SLM) 纯钨薄壁力学性能致密度

预热温度对激光选区熔化成形30%SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料力学性能的影响

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材料导报 2024年第3期38卷 154-160页

作者：郭耀旗唐敏马红林魏文猴王林志范树迁张祺中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714 中国科学院大学重庆学院重庆400714 重庆理工大学材料科学与工程学院重庆400054

基板常温工况下激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料存在孔洞、裂纹等冶金缺陷,从而导致成形零件致密度低、力学性能差等问题。首先研究了固定优化成形工艺参数时,基板预热温度(200~400℃)对45μm的30%(质量分数,下同)SiC_(... 详细信息

基板常温工况下激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料存在孔洞、裂纹等冶金缺陷,从而导致成形零件致密度低、力学性能差等问题。首先研究了固定优化成形工艺参数时,基板预热温度(200~400℃)对45μm的30%(质量分数,下同)SiC_(p)/AlSi10Mg成形零件表观致密度和力学性能的影响;进一步提高SiC_(p)质量分数至50%,再次评价了上述基板预热温度对成形性能的影响。结果表明,当SiC_(p)质量分数为30%时,升高基板预热温度可以减少成形零件的孔洞和裂纹,成形零件的表观致密度及力学性能显著提高;当基板预热至400℃时,成形零件表观致密度最高达到97.98%,与此同时极限抗压强度和极限抗拉强度分别为578 MPa和56 MPa;随着SiC_(p)质量分数进一步增加至50%,基板预热温度对成形零件致密化和力学性能的强化效果逐步减弱。本研究证明高温预热基板能够有效抑制激光选区熔化成形中等体积分数SiC_(p)/Al复合材料的冶金缺陷,为增材制造SiC_(p)/Al复合材料提供了工程应用解决方案。

关键词：中等体积分数 SiC_(p)/Al复合材料激光选区熔化基板预热致密度力学性能

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亚稳态纳米晶氧化锆片状粉体的制备及冷烧结

硅酸盐学报 2023年第7期51卷 1819-1826页

作者：张贺新丁奇范宇驰江莞东华大学材料科学与工程学院上海201620 东华大学功能材料研究中心上海201620

冷烧结技术自引入以来已有多种陶瓷材料获得了成功制备,但作为重要结构陶瓷的氧化锆其冷烧结致密度仍然偏低。为了提高冷烧结氧化锆陶瓷的致密度,采用亚稳态的纳米晶氧化锆片状粉体进行了研究。首先利用氧化石墨烯为模板,以三(羟甲基)... 详细信息

冷烧结技术自引入以来已有多种陶瓷材料获得了成功制备,但作为重要结构陶瓷的氧化锆其冷烧结致密度仍然偏低。为了提高冷烧结氧化锆陶瓷的致密度,采用亚稳态的纳米晶氧化锆片状粉体进行了研究。首先利用氧化石墨烯为模板,以三(羟甲基)氨基甲烷为沉淀剂制备了含56%四方相的片状氧化锆。然后,从烧结助剂、温度、压力、液相掺量4个因素出发探索了对氧化锆致密度以及微观结构的影响。结果表明:在HCl作为烧结助剂、300℃、500 MPa、液相掺量为20%(质量分数)的冷烧结工艺条件下,实现了约70%的致密度,远高于目前冷烧结氧化锆致密度的报道值。致密度的提升主要得益于烧结中亚稳态氧化锆的相变以及助剂对片状粉体的颗粒重排和溶解-沉淀作用。此外,孔隙率的降低使得冷烧结氧化锆陶瓷的杨氏模量和抗弯强度分别达到了24 GPa和20 MPa。

关键词：氧化锆陶瓷冷烧结致密度烧结助剂相变

基于打印参数的选区激光熔化构件内部形貌调控研究现状

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材料导报 2022年第21期36卷 150-158页

作者：袁信翊刘杨李明轩陆晓峰朱晓磊南京工业大学机械与动力工程学院南京211816

近年来,由于选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术解决了兼顾复杂结构和高性能金属构件快速制造的技术难题,其成为了学者们研究的热点。然而,SLM打印过程中具有温度梯度高且存在多尺度、多因素与多形式热物理间耦合交互作用... 详细信息

近年来,由于选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术解决了兼顾复杂结构和高性能金属构件快速制造的技术难题,其成为了学者们研究的热点。然而,SLM打印过程中具有温度梯度高且存在多尺度、多因素与多形式热物理间耦合交互作用等特点,构件内部不可避免地会产生缺陷。如何制备出致密度高、综合力学性能好的打印构件是目前SLM技术亟需解决的问题之一。打印参数的选取直接决定了构件的打印质量。大部分的打印参数优化方法都以试验法为主,但是如今材料更新换代速度快,面对不同的材料种类,需要重复进行相应的试验。目前,缺少基于理论基础的打印工艺调控方法。SLM构件内部是由大量熔池堆叠而成,熔池的形貌与性能直接影响构件最终的打印效果。因此,学者们开始将研究目光放在熔池上。相比于试验法,以熔池为研究对象的优化方法具有一定的普适性并且试验所需的成本与时间也大幅减少。但是该方法还面临着熔池形貌表征困难和打印参数对熔池形貌的影响机理不清晰等问题,因此还需要进行进一步探索。本文详细地梳理了SLM打印参数调控方法相关的国内外文献,对打印构件内部缺陷、熔池形貌和打印参数对构件成型的影响等方面的研究现状及动态进行了介绍。本文阐述了SLM打印参数和构件内部熔池在构件内部形貌调控的重要性,梳理了该领域中目前还待进一步探索的问题,为选区激光熔化技术的深入发展和应用提供参考与帮助。

关键词：选区激光熔化熔池打印参数有限元致密度

激光熔化沉积稀释率对重熔行为与致密度的影响

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材料导报 2023年第6期37卷 151-158页

作者：段成红池瀚林罗翔鹏宫鹏杰北京化工大学机电工程学院北京100029 北京化工大学化工设备设计研究所北京100029

由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要... 详细信息

由于激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制造的零件存在气孔、熔合不良、微裂纹、杂质等固有缺陷,其疲劳力学性能一般低于传统工艺制造的零件。为了减少LMD零件中的缺陷,研究激光熔化沉积过程中缺陷形成与控制机理是十分必要的。本研究利用三维有限元模拟结合显微观察法分析阐明了激光熔化沉积过程中单道稀释率对重熔行为与沉积零件致密度的影响。首先测量了不同工艺参数下LMD零件的致密度,建立了单道沉积面能量密度与零件致密度的拟合曲线;然后研究了工艺参数对单道沉积几何特征的影响规律,以及单道沉积稀释率对零件沉积过程中重熔行为的影响;最后建立了单道沉积稀释率与零件致密度的拟合曲线,并发现其拟合度更高。本研究对激光熔化沉积过程中零件致密度控制具有一定的指导意义。

关键词：致密度激光熔化沉积(LMD) 稀释率重熔行为

选区激光熔化Fe-10Cu合金成形工艺优化研究

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材料导报 2023年第14期37卷 115-121页

作者：梁梦黎振华刘美红罗心磊解靖伟昆明理工大学机电工程学院昆明650500 昆明理工大学材料科学与工程学院昆明650500

为优化选区激光熔化Fe-10Cu合金的工艺参数,在使用ANSYS APDL模拟计算不同激光功率和扫描速度条件下单道单层温度场、分析熔池尺寸的基础上,通过实验考察了不同条件下成形的试样的致密度、硬度和凝固组织。结果表明:在铺粉厚度为40μm... 详细信息

为优化选区激光熔化Fe-10Cu合金的工艺参数,在使用ANSYS APDL模拟计算不同激光功率和扫描速度条件下单道单层温度场、分析熔池尺寸的基础上,通过实验考察了不同条件下成形的试样的致密度、硬度和凝固组织。结果表明:在铺粉厚度为40μm、扫描间距为100μm的条件下,选区激光熔化Fe-10Cu合金在激光功率345.6 W、扫描速度1 000 mm/s时成形的试样的致密度和硬度最高,分别达到99.8%和38.3HRC。选区激光熔化Fe-10Cu合金凝固组织为单一α-Fe相,选区激光熔化过程快速凝固导致铜过饱和并固溶在α-Fe中,是Fe-10Cu合金硬度得到提升的主要原因。

关键词： Fe-10Cu合金选区激光熔化工艺参数优化致密度硬度

增减材复合制造WC颗粒增强316L不锈钢材料组织性能

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东北大学学报（自然科学版） 2022年第2期43卷 197-205页

作者：赵宇辉高孟秋赵吉宾贺晨中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110016 中国科学院机器人与智能制造创新研究院辽宁沈阳110169

基于自主研发的增减材复合工艺技术与装备,探索了激光功率和WC颗粒质量分数对316L不锈钢复合材料致密度、组织演变和表面耐磨性能的影响规律.结果表明:随着WC质量分数的增加,试样致密度呈现先升高后降低的趋势,而硬度和耐磨性能均逐渐提... 详细信息

基于自主研发的增减材复合工艺技术与装备,探索了激光功率和WC颗粒质量分数对316L不锈钢复合材料致密度、组织演变和表面耐磨性能的影响规律.结果表明:随着WC质量分数的增加,试样致密度呈现先升高后降低的趋势,而硬度和耐磨性能均逐渐提高,过多的WC颗粒会使工件内部产生热裂纹,同时降低了工件的表面质量;当激光功率由270 W提高到330 W时粉末充分熔化,凝固后未熔合缺陷明显减少.当WC颗粒质量分数为5%、激光功率为330 W时,增材件的致密度最高达到99.6%;相比未添加WC颗粒的工件,力学性能、耐磨性能和表面质量等指标均有明显提高.

关键词：增减材制造颗粒增强 316L不锈钢致密度微观组织力学性能

选区激光熔化NiTi形状记忆合金成形与热处理

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机械工程学报 2023年第17期59卷 250-257页

作者：黄祥辉曹睿博郑睿恒马飞豪蒋益雪詹章瑜于天宇康楠巴黎高科国立工程技术学院法国香槟沙隆13067 西北工业大学材料学院西安710072 哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150001

增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用,然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_(50.9)Ti_(49.1)(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重... 详细信息

增材制造以灵活的结构设计与制造手段为NiTi形状记忆合金提供了更多可能的应用,然而激光增材成形制造完全致密的NiTi复杂结构构件仍存在挑战。研究激光扫描速度对Ni_(50.9)Ti_(49.1)(at%)粉末成型试样致密度和组织形貌的影响规律具有重要意义。所选的400~1400mm/s工艺窗口内,试样致密度均大于99%。但当扫描速度大于600mm/s时底部会产生裂纹。优选打印速度400mm/s的拉伸实验结果表明:沉积态试样和热处理试样平均抗拉强度分别为675MPa和782MPa,最大延伸率分别为19.7%和和17.95%,即500℃退火热处理后试样抗拉强度提升,但延伸率下降。沉积态和热处理态试样断裂机制为脆性与塑性断裂共同作用的准解理断裂机制。通过DSC实验测得热处理后试样的马氏体相变和逆相变起始温度M_(s)和A_(s)分别为35.8℃、10.0℃。温度介于二者之间时,合金由奥氏体、马氏体两相组成,EBSD结果表明20℃室温下试样主要由B19'马氏体构成。

关键词：选区激光熔化 NiTi形状记忆合金扫描速度致密度抗拉强度

脉冲激光SLM工艺参数对钛合金成形质量的影响

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表面技术 2023年第11期52卷 430-438页

作者：袁美霞寇莛彧刘琪华明北京建筑大学机电与车辆工程学院北京100044

目的针对SLM成形试件表面质量差且边缘凸起严重的现象,研究脉冲激光SLM成形钛合金试件过程中工艺参数对表面质量、边缘凸起行为及致密度的影响规律,优化工艺参数。方法通过调整曝光时间及点、线间距,制备了15个块状试件,通过激光显微... 详细信息

目的针对SLM成形试件表面质量差且边缘凸起严重的现象,研究脉冲激光SLM成形钛合金试件过程中工艺参数对表面质量、边缘凸起行为及致密度的影响规律,优化工艺参数。方法通过调整曝光时间及点、线间距,制备了15个块状试件,通过激光显微系统来观测表面形貌,分析其表面缺陷,并采集表面粗糙度及平均台阶高度的数据,通过阿基米德排水法测量试件致密度。结果随着线间距的增大,试件的表面质量及致密性都呈先上升后下降的趋势,而试件边缘平面和中间平面的平均高度差则是先增大后减小;随着曝光条件的增强,试件的表面质量和致密性都呈下降的趋势,而试件边缘平面和中间平面的平均高度差则在一定程度上减小。当线间距、曝光时间、点间距分别为0.1 mm、60μs、30μm时,试件表面粗糙度最小,为2.563μm,致密度最大为97.03%;当线间距、曝光时间、点间距分别为0.15 mm、80μs、40μm时,试件边缘平面和中间平面的平均高度差最小,为69.865μm。结论在低曝光条件下,试件各个位置的表面粗糙度较为均匀,适当调整线间距有利于获得表面质量和致密性良好、表面缺陷较少的试件,并且在一定程度上SLM成形钛合金的表面粗糙度和致密性存在相关性。高曝光条件虽然会降低试件的表面质量,但在一定程度上可以减少试件边缘的凸起现象。

关键词：工艺参数 SLM 钛合金表面质量致密度边缘凸起