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基于粉末床技术的增材制造alsi10mg合金研究进展

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1091-1112页

作者：龚弟亮卞华康潘登徐圣航杨鑫汤慧萍上海大学材料基因组工程研究院上海200444 浙大城市学院先进材料增材制造创新研究中心杭州310015

基于粉末床技术的增材制造alsi10mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这... 详细信息

基于粉末床技术的增材制造alsi10mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这是激光选区熔化(SLM)面临的主要问题之一。而在电子束选区熔化(EBM)制造alsi10mg合金中,元素蒸发导致的强度下降是其主要问题,且技术应用较少。本文对SLM和EBM两类技术在alsi10mg合金中的应用现状和难点问题进行了总结与对比,两类技术所制造的打印部件在组织和性能上呈现出明显的差异。求解工艺−组织−性能之间的关系,以及开发增材制造技术(AM)专用合金粉末体系,是SLM和EBM技术打印alsi10mg合金共同面临的挑战,因此有必要进行综合考虑。同时,针对这些问题,本文讨论了未来的研究方向与发展趋势。

关键词：激光选区熔化电子束熔化 alsi10mg 工艺参数

能量密度对激光选区熔化成形alsi10mg合金缺陷及力学性能的影响

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机械工程学报 2020年第24期56卷 96-105页

作者：闫泰起唐鹏钧陈冰清高祥熙楚瑞坤熊华平中国航发北京航空材料研究院3D打印研究与工程技术中心北京100095 飞而康快速制造科技有限责任公司无锡214145

分析了能量密度对激光选区熔化成形alsi10mg合金致密度的影响规律,并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法,统计了试样内部缺陷的类型和尺寸,分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因,得出了影响激光选区熔化成形alsi10mg合金... 详细信息

分析了能量密度对激光选区熔化成形alsi10mg合金致密度的影响规律,并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法,统计了试样内部缺陷的类型和尺寸,分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因,得出了影响激光选区熔化成形alsi10mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明,合适的激光能量输入是获得高致密度的关键,当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm3区间时,试样致密度最高,此时试样中夹杂缺陷消失,孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的alsi10mg合金试样,其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上,优于铸造alsi10mg合金。

关键词：激光选区熔化成形 alsi10mg 致密度孔洞缺陷拉伸性能

纳米WC增强选区激光熔化alsi10mg显微组织与力学性能

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材料工程 2020年第3期48卷 75-83页

作者：叶寒黄俊强张坚强李聪聪刘勇南昌大学机电工程学院

为了进一步增强选区激光熔化(SLM)成型alsi10mg合金的性能,采用物理混合方法混合纳米WC与alsi10mg得到WC质量分数为0.1%的WC/alsi10mg复合材料,利用选区激光熔化成型机制备试样块。通过对比同种工艺制备的alsi10mg试样,探究纳米WC对其... 详细信息

为了进一步增强选区激光熔化(SLM)成型alsi10mg合金的性能,采用物理混合方法混合纳米WC与alsi10mg得到WC质量分数为0.1%的WC/alsi10mg复合材料,利用选区激光熔化成型机制备试样块。通过对比同种工艺制备的alsi10mg试样,探究纳米WC对其微观组织形成、演变规律及其组织对力学性能的影响。结果显示,WC/alsi10mg粉末球形度好,粒度分布集中在20~60μm。WC/alsi10mg试样致密度达到99%以上,硬度约为158.89HV,相比alsi10mg试样增加了14.58%。WC/alsi10mg试样组织生长均匀、致密,有明显的熔池线。晶粒内部为α-Al基体,边界为夹杂着WC的共晶Si相。WC/alsi10mg试样屈服强度达到337.75 MPa,抗拉强度高达514.00 MPa,伸长率为3.78%,相比同种工艺alsi10mg试样分别增加了4.73%,6.25%和35.97%。因此,SLM成型WC/alsi10mg纳米复合材料零件相比alsi10mg零件具有更好的应用前景。

关键词： alsi10mg 选区激光熔化纳米WC 显微组织力学性能

选区激光熔化成形alsi10mg组织与拉伸性能的各向异性研究

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中国激光 2018年第7期45卷 61-71页

作者：侯伟陈静储松林王修专杨志逸张毓祺滕伟斌中国航发控制系统研究所3D使能研发技术联合实验室江苏无锡214063

采用选区激光熔化(SLM)技术成形了Al Si10mg合金,研究了该合金的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:SLM成形Al Si10mg合金具有细小的显微组织与较高的室温拉伸性能,且存在明显的各向异性;SLM成形过程中的高冷速显著细化了初生α-Al枝晶... 详细信息

采用选区激光熔化(SLM)技术成形了Al Si10mg合金,研究了该合金的显微组织及室温拉伸性能。结果表明:SLM成形Al Si10mg合金具有细小的显微组织与较高的室温拉伸性能,且存在明显的各向异性;SLM成形过程中的高冷速显著细化了初生α-Al枝晶,熔池内部及边缘不同的凝固条件不仅使两处α-Al枝晶的尺寸不同,而且决定了α-Al枝晶的生长形态,但整体呈外延生长;结合试样不同取向上枝晶间Al-Si共晶组织的形态及演化规律,揭示了合金组织的各向异性;室温拉伸试样沿沉积方向(纵向)与扫描方向(横向)的强度相当,但延伸率相差近一倍,合金性能的各向异性主要表现在延展性上;拉伸断口SEM形貌特征体现了试样的断裂机理,结合横、纵向试样断口处的韧窝尺寸、Al-Si共晶组织形态、微裂纹形成等因素说明了断裂方式为沿晶断裂;SLM成形Al Si10mg的组织与性能均优于传统铸件,有利于SLM技术在航空发动机控制系统典型复杂零部件的设计制造中实现工程化应用。

关键词：材料选区激光熔化 alsi10mg 各向异性显微组织拉伸性能

激光熔化沉积alsi10mg及气孔对力学性能的影响

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中国表面工程 2019年第3期32卷 109-114页

作者：李俐群王宪曲劲宇陶汪哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

采用激光熔化沉积的方法对alsi10mg增材制造,制备出致密度大于99%、抗拉强度350 MPa左右、延伸率8%的薄壁墙体试件,利用光学显微镜与扫描电镜分析了沉积态的组织。发现即使增材制造过程水氧含量(体积分数,下同)均控制在1×10^-5以下,试... 详细信息

采用激光熔化沉积的方法对alsi10mg增材制造,制备出致密度大于99%、抗拉强度350 MPa左右、延伸率8%的薄壁墙体试件,利用光学显微镜与扫描电镜分析了沉积态的组织。发现即使增材制造过程水氧含量(体积分数,下同)均控制在1×10^-5以下,试件内部仍存在一定的气孔缺陷,气孔均为直径100μm以下的氢气孔。进一步试验表明,环境中的氧体积分数与气孔率呈正相关关系。在保持环境湿度和温度不变的情况下,环境氧含量由1×10^-5增加到1×10^-3,气孔直径略微增大,气孔率由0.45%增大到2.71%,气孔率增加近5倍,同时抗拉强度降低100 MPa左右,降幅超过30%,延伸率降幅超过20%。最后探讨了氢气孔在激光熔化沉积制造的试件中产生的机理,给出了利用激光熔化沉积工艺制备稳定的alsi10mg合金的策略。

关键词： alsi10mg 激光熔化沉积增材制造气孔力学性能

原位表面改性的纳米WC/alsi10mg合金增强机制

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第1期34卷 50-64页

作者：易江龙廖汉林常成闫星辰刘敏周克崧广东工业大学材料与能源学院广州510006 广东省科学院新材料研究所现代材料表面工程技术国家工程实验室广东省现代表面工程技术重点实验室广州510651 ICB UMR 6303 CNRSUniv.Bourgogne Franche-ComtéUTBM90010BelfortFrance

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/alsi10mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/alsi10mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)... 详细信息

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/alsi10mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/alsi10mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)W的取向关系,证实具有4.7%的低晶格失配度的Al/Al5W可形成良好共格界面。纳米WC颗粒和Al-W相可促使柱状晶转变为等轴晶,获得精细的等轴晶组织。同时,SLM制备的3%(质量分数)纳米WC/Al Si10mg复合材料具有最优的力学性能,抗拉强度为(464.1±8.68) MPa,伸长率为(5.6±0.95)%。此外,与其他WC/alsi10mg复合材料相比,SLM制备的3%WC/alsi10mg样品的平均摩擦因数和磨损率最低,分别为0.429和3.842×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。力学和磨损性能的提升主要归因于晶粒细化和第二相析出强化作用。

关键词：原位改性激光选区熔化纳米WC alsi10mg 力学性能

激光熔化沉积alsi10mg成形特性及力学性能

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表面技术 2019年第6期48卷 332-337页

作者：李俐群曲劲宇王宪哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室

目的研究激光熔化沉积Al Si10mg铝合金的成形特性及力学性能。方法以颗粒度45~105μm的Al Si10mg粉末为材料,6061铝合金为基板,利用光纤激光器在充氩舱内分别进行单层单道、竖直薄壁单墙体与倾斜薄壁墙体的成形试验。测试单墙体的抗拉... 详细信息

目的研究激光熔化沉积Al Si10mg铝合金的成形特性及力学性能。方法以颗粒度45~105μm的Al Si10mg粉末为材料,6061铝合金为基板,利用光纤激光器在充氩舱内分别进行单层单道、竖直薄壁单墙体与倾斜薄壁墙体的成形试验。测试单墙体的抗拉强度与延伸率,并通过扫描电子显微镜和光学显微镜对微观组织形貌进行分析。结果单层单道沉积层高度与激光扫描速度负相关,与送粉速度成线性正相关;而沉积层宽度与扫描速度负相关,与激光功率正相关。沉积单墙体时,沉积前10层最不稳定,墙体厚度低于后续层的厚度。为了使沉积过程稳定,墙体不塌陷,通过激光功率在前20层左右逐层递减,成功制备出250层(高10cm)以上的单墙体。工艺选取合适时,alsi10mg具有良好的成形能力,激光头角度保持竖直不变,墙体倾角60°以下可以稳定沉积。制备沉积态Al Si10mg气孔率约3%,抗拉强度250MPa左右,延伸率5%以上,抗拉强度高于成分相似的ZL104铸件25%。微观组织内Al-Si共晶细小,没有针片状共晶组织,并且组织沿沉积方向呈现周期性变化。结论 Al Si10mg在激光熔化沉积时具有良好的成形能力,沉积态的组织强度高于铸态组织强度。优化后的工艺可以稳定沉积制备下圆上方的变截面薄壁样件。

关键词： alsi10mg 激光熔化沉积增材制造成形组织力学性能

激光立体成形alsi10mg合金的微观组织及力学性能

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中国表面工程 2018年第4期31卷 46-54页

作者：丁莹杨海欧白静魏雷陈静林鑫长春理工大学空间光电技术研究所长春130022 西北工业大学金属高性能增材制造与创新设计工业和信息化部重点实验室西安710072

激光立体成形已逐渐成为大型高性能复杂铝合金构件制造的一条重要途径。采用具有不同波长的CO_2和YAG激光器在铸态基材上进行了alsi10mg合金的激光立体成形,研究了不同激光器对alsi10mg合金沉积态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的... 详细信息

激光立体成形已逐渐成为大型高性能复杂铝合金构件制造的一条重要途径。采用具有不同波长的CO_2和YAG激光器在铸态基材上进行了alsi10mg合金的激光立体成形,研究了不同激光器对alsi10mg合金沉积态和T6热处理态下的微观组织和力学性能的影响。利用XRD、OM和SEM研究了alsi10mg合金成形件的微观组织;利用电子拉力试验机测试了alsi10mg合金成形件的力学性能。结果表明:相比铸态基材,alsi10mg合金沉积态组织主要由100>取向沿沉积方向外延生长的柱状α-Al枝晶和枝晶间呈纤维或颗粒状生长的Al-Si共晶组成,组织显著细化;且在530℃,3~5 min固溶处理后可实现共晶Si的球化。与CO_2激光相比,采用更短波长的YAG激光进行成形时组织更为细化。经T6热处理后,采用YAG激光成形的alsi10mg合金力学性能明显优于压铸铝合金。

关键词：激光立体成形增材制造 alsi10mg 微观组织力学性能

激光选区熔化alsi10mg表面微弧氧化及其耐磨耐蚀性

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中国表面工程 2018年第1期31卷 88-95页

作者：边培莹邵晓东杜敬利西安电子科技大学机电工程学院西安710071 西安文理学院陕西省表面工程与再制造实验室西安710065

为了提高轻质合金3D打印的耐磨、耐蚀性能,对激光选区熔化(SLM)铝合金(EOS:alsi10mg)打印成形后进行表面微弧氧化。采用应力分析仪、扫描电子显微镜、高温摩擦磨损、中性盐雾试验箱等设备,进行了残余应力测试,微观组织分析,摩擦磨损和... 详细信息

为了提高轻质合金3D打印的耐磨、耐蚀性能,对激光选区熔化(SLM)铝合金(EOS:alsi10mg)打印成形后进行表面微弧氧化。采用应力分析仪、扫描电子显微镜、高温摩擦磨损、中性盐雾试验箱等设备,进行了残余应力测试,微观组织分析,摩擦磨损和腐蚀性能试验。结果表明,3D打印铝合金试样直接进行微弧氧化,由于残余应力(200MPa左右)较大,微弧氧化时表面氧化反应过程中促进了应力释放,使微弧氧化层加剧产生粗大裂纹;对打印后试样进行去应力热处理后,微弧氧化后表面仅见少量微小的工艺扩展裂纹。去应力后的微弧氧化层表面,平均摩擦因数由0.545降低到0.441,腐蚀环境后的抗腐蚀等级由9级提高到10级,证明3D打印激光立体成形热应力对成形零件的微弧氧化工艺性能影响较大。

关键词：激光选区熔化 alsi10mg 微弧氧化耐磨性耐蚀性