Nd:YAG激光熔覆快速制造技术研究

报道了Nd:YAG全固态激光器同轴送粉激光熔覆快速制造金属零件的工艺与机制。主要研究了不同工艺条件下，激光熔覆工艺参数(激光功率、扫描速度、送粉量大小)对激光熔覆层宽度、高度、表面平整度和成型质量的影响规律。在此基础上，对成型薄壁墙的水平方向倾斜角度在不同功率下做了极限实验并分析了其中原因，找出了最佳的成型参数。最后，将Nd:YAG激光熔覆快速制造所制备零件的质量与CO2激光熔覆所制备的进行了对比，结果表明，采用Nd:YAG激光器制备的金属试样结合强度更高，同时，两者都高于相近成分下常规加工方式所加工试样的相应值，且均表现为韧性断裂。     

铜磷合金粉末选区激光熔化成型研究

为了应用选区激光熔化技术直接制造金属零件,采用Dimetal 240快速成型机对平均直径为75μm的铜磷合金粉末进行了工艺试验。成型机配备200W半导体抽运Nd:YAG激光器,激光功率为103W～117W,内部扫描速度为0.25m/s～0.41m/s,边框扫描速度为0.15m/s,铺粉厚度为0.2mm。所得试样用扫描电镜和光学显微镜进行了微观组织分析。试样层问结合为冶金结合,致密度达到90%以上,层内组织为细长枝晶,层问组织为细小等轴晶。结果表明,通过设定合适的工艺参量,选区激光熔化技术可以直接成型金属零件。     

激光直接制造薄壁圆筒零件的特性(英文)

激光直接制造是一种全新的制造技术。采用Fe-Cr-B-Si-C铁基合金粉末利用激光直接制造技术制备了单道激光熔覆层和薄壁圆筒零件。运用金相显微镜(OM)、X射线能谱仪(EDX)、X射线衍射(XRD)和纳米压痕技术研究了单道激光熔覆层和薄壁圆筒零件的显微组织、物相结构和纳米力学性能。研究结果表明,激光直接制造金属零件组织致密、未出现裂纹和气孔等缺陷;层间组织发生了粗化,导致层间力学性能弱化,但整体性能较高,能够满足实际零件的使用性能要求;激光扫描方向的改变有利于熔池的搅拌作用,枝晶组织发生了碎化,有利于组织的均匀化。     

不锈钢薄壁零件选区激光熔化制造及影响因素研究

为了实现薄壁零件的快速制造,在快速成型设备Dimetal-280上进行了选区激光熔化(SLM)成型工艺实验研究,分析了SLM中不同激光功率、扫描速度、铺粉装置、离焦量和层厚对成型效果的影响,在实验中获得了优化的工艺参数,并成型了变截面的薄壁零件,零件致密度达96.95%。在扫描电镜下观察了零件的表面及侧面,结果表明其层与层之间熔合良好;分析表明成型设备成型零件壁厚的绝对误差极限值在20μm左右;薄壁零件顶部壁宽为101.3μm,底部壁宽为142.0μm,与设计值相差分别为21.3μm和22.0μm,与极限值相吻合;拉伸测试表明,抗拉强度范围为465~625 MPa,屈服强度范围为390~515 MPa,延伸率范围为23%~48%。     

Ti-Ni合金选区激光熔化快速成型基础实验研究

选区激光熔化（SLM）是一种极具挑战力的新型快速成型技术，能一步加工出具有冶金结合，相对密度接近100%，具有复杂结构、高的尺寸精度及好的表面粗糙度的金属零件。选用适用于医学植入体的Ti-Ni合金材料进行了选区激光熔化成型实验研究。讨论了扫描速度、铺粉厚度、激光功率等加工参数对成型致密性及成型精度的影响。设计和成型了梯度网格结构，重点分析了翘曲变形现象的成因及消除方法，认为可通过特殊的扫描策略，减小成型件各处温差的方法有效消除成型件的翘曲变形。对成型样品的内部组织显微分析表明，成型样品达到了完全的冶金结合，内部由枝晶和等轴晶两种组织构成，其分布取决于扫描方式、扫描速度、激光功率等参数。     

光纤激光直接快速成型3l6L不锈钢精密零件研究

为了研究光纤激光在选区激光熔化直接成型316L不锈钢精密零件中的应用,采用扩束镜及f-θ透镜,将光纤激光在成型系统工作面上聚集成30μm~50μm左右的细微聚焦光束;通过分析离焦量、扫描速度、激光功率、扫描路径对比成型实验,获得了激光光斑直径、扫描速度、激光功率等工艺参量及扫描路径对成型精度的影响关系。结果表明,通过优化工艺参量及扫描路径,可成功成型壁厚达0.1mm的316L不锈钢精密零件。     

脉冲激光熔覆Ni60合金粉末的试验研究

采用脉冲Nd:YAG激光器对Ni60合金粉末进行了单道单层、多道单层的熔覆工艺试验研究.采用单因素试验方法,研究了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量等)对熔覆层尺寸的影响,从而得到了单因素条件下最佳的工艺参数.同时对所形成的熔覆层进行金相组织分析,结果表明: 所形成的熔覆层与基体为良好的冶金结合; 内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成且组织均匀、致密; 熔覆层硬度最高达823HV(为基体材料硬度的3～4倍),为激光快速成型零件提供了应用基础.     

2Cr13不锈钢粉末激光直接堆积成形的组织与性能研究

为说明激光直接金属堆积(DMD)成形件的组织与性能特点,进行了2Cr13不锈钢粉末的直接成形实验研究.检测了不同工艺参数组合下单道熔覆、多道搭接和多层堆积的显微组织形貌,测试了2Cr13零件的硬度、耐磨损、拉伸和残余应力等性能.研究表明,单道熔覆的典型组织有柱状、胞状枝晶和等轴晶三种,其相互转化由温度梯度和凝同速率所决定;由于粉末实时供给,搭接区与预置熔覆有很大不同;多层堆积枝晶生长表现出一定倾斜性,受扫描方式影响较大;不同工艺参数下,熔覆层平均硬度为300～550 HV0.2;当组织为细化的树枝晶时,成形件耐磨损件能可比涮质态2Cr13提高一倍以上;成形件的平均抗拉强度比调质态2Cr13提高30%;直薄壁墙零件不同位置处残余应力不同,但残余应力水平较低.     

激光功率和扫描速度对熔覆组织与性能的影响

采用激光熔覆技术在GCr15钢基材上制备FeCrNiSi合金熔覆层,通过超景深显微镜、显微硬度计及摩擦磨损试验机,研究激光工艺参数对熔覆层显微组织、硬度及摩擦磨损性能变化的影响规律.结果 表明:随着激光功率增大,熔覆层一次枝晶呈逐渐变大、变长的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距逐渐减小;随着扫描速度加快,熔覆层一次枝晶呈先变大后减小的趋势,一次枝晶间距先增大后减小,二次枝晶间距先减小后增大.随着激光功率的降低或扫描速度的增加,熔覆层表面硬度提高,当激光功率为2400W、扫描速度为7 mm/s时,熔覆层最高硬度为781.5 HV,是基材的3.4倍;此时熔覆层磨损机制由磨粒磨损和黏着磨损逐渐演变为疲劳主导的磨损机制.     

激光功率对Co基梯度耐磨涂层性能的影响

为了分析激光功率对Co基梯度耐磨涂层组织和性能的影响,采用激光熔覆在20CrMnMo钢表面依次熔覆St6,St12B,Co47+WC（质量分数为0.05）合金粉末制备厚度约为2.4mm的Co基梯度耐磨涂层,进行了微观组织分析、显微硬度测试、摩擦磨损试验。结果表明,不同激光功率下涂层表面均没有出现裂纹且各涂层中晶体形貌相似,表层出现致密的等轴晶、过渡层出现粗大的柱状晶、底层出现平面晶和树枝晶;600W时耐磨层中发现未熔WC颗粒,800W耐磨层发现CoW₂B₂硬质相;在600W~800W范围内,激光功率越高,涂层整体的显微硬度和耐磨性越好;激光功率为800W时,耐磨层显微硬度达到730HV_0.1,涂层耐磨性相对于基体提高了300%。此研究结果对激光熔覆制备Co基梯度耐磨涂层提供了参考依据。     

同轴送粉激光成形中粉末与激光的相互作用

详细介绍了同轴送粉激光成形过程中，金属粉末与激光束相互作用时间的计算方法。在ANSYS软件平台上，建立了金属粉末穿越激光束过程中粉末温度场的计算模型。系统计算了不同颗粒大小316L不锈钢粉末与不同功率激光束相互作用后的温度。在此基础上，计算了金属粉末与激光束的能量交换及金属粉末落入激光熔池后与激光熔池的能量交换。计算结果表明，在激光束直径为3mm条件下，316L不锈钢粉末穿过功率大于1000W的激光束后，所有尺寸金属粉末均被熔化，即金属粉末以液态进入激光熔池。通过金属粉末与激光束及激光熔池的能量交换计算，可知在激光成形中，约有5％的激光能量用于加热和熔化粉末，而大约95％的激光能量用于激光熔池的形成及由于热传导造成的热量损失。     

激光熔覆成形316L不锈钢组织的特征与性能

对316L不锈钢进行了多层激光熔覆成形试验，采用光学显微镜（OM），扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）等手段对其微观组织特征和性能进行了分析测试，揭示了激光熔覆成形316L不锈钢组织形成的规律和机理，获得了无裂纹、无气孔等缺陷的致密熔覆成形组织。熔覆层内部主要由垂直于界面外延生长的柱状树枝晶和平行于扫描方向的转向枝晶组成，枝晶沿着与最大温度梯度最接近的（100）方向择优生长。结果表明，熔覆层成分均匀，稀释率小，与基体呈冶金结合，抗拉强度大大超过传统成形方法加工的材料，且具有较好的塑性。     

激光直接金属沉积316L不锈钢表面粘粉工艺研究

为了探究激光直接金属沉积316L不锈钢的表面粉末粘附工艺规律, 利用高速摄像机分析粉末粘附类型, 采用单因素试验的方法, 定量研究了单道多层沉积中的送粉速率、送粉气流量和线能量密度对粉末粘附的影响规律。结果表明, 粉末粘附主要包括熔池熔液逸出和未熔粉末粘附两种类型; 随着送粉速率的增加和送粉气流量的减小, 薄壁件侧表面粉末粘附程度增加, 而粉末粘附程度则对激光线能量密度的变化不敏感; 激光功率700W、扫描速率700mm/min、送粉量13.54g/min、送粉气流量14L/min、离焦量+22mm时, 激光直接金属沉积薄壁件表面粉末粘附较少。研究结果能够成为改善316L不锈钢增材制件表面质量的重要依据。     

金属零件激光直接成形

本文采用316L不锈钢和镍基高温合金进行了激光直接成形实验,系统研究了不同工艺参数对成形性能的影响规律;成形件内部组织致密,由生长方向不一的细长枝晶组成,并呈现出典型的外延生长特点;对成形过程熔池氧化对成形的影响进行了分析。     

液氩冷却对316L激光金属直接成形零件组织和显微硬度的影响

在激光金属直接成形过程中,为了使熔池在凝固时始终保持合理的温度梯度从而使成形件内部柱状晶组织自基板起从下到上延续生长,在成形316 L实体墙过程中采用液氩喷射冷却的方法降低成形件的温度;分析了液氩喷射冷却对实体墙金相组织和显微硬度的影响。结果显示,采用液氩喷射冷却能有效缓解激光金属直接成形过程中成形件内部的热积累现象,使柱状晶组织在实体墙内部从基板开始从下到上延续生长,一次枝晶间距最大处约为12μm,并且提高了实体墙零件的显微硬度值。     

316L不锈钢激光——钨极惰性气体复合焊接工艺研究

为了进一步提高316L不锈钢的可焊性,采用Rofin Sinar 5kW快轴流CO2激光器和Miller钨极惰性气体(TIG)焊机,对3mm厚316L不锈钢进行了一系列CO2激光-TIG电弧复合焊接工艺试验,研究了激光功率、电弧电流、热源间距等工艺参数对焊缝成形的影响规律。在激光功率大于2.5kW时,会产生小孔效应,其对复合焊接熔深影响显著;而当电弧电流小于150A时,焊接熔宽与两热源的热输入关系密切,当电流大于150A时,仅电弧电流是焊接熔宽的决定性因素;热源间距存在一个最佳值2mm~3mm,此时,焊接熔深可提高1.46倍~2.54倍。研究结果表明,复合焊接提高了316L不锈钢的可焊性。     

激光熔覆316L不锈钢涂层的结构与腐蚀性能

使用激光多道搭接法在45#钢基底表面熔覆316L不锈钢粉末涂层,对比研究了激光涂层和对应商用棒材的微观结构及其分别在2mol NaCl,1mol FeCl3和0.5mol HCl溶液中的阳极极化腐蚀行为。结果表明,单层激光熔覆粉末涂层受基底钢材稀释的影响,涂层最终的微观结构由马氏体和极少量的奥氏体组成。激光熔覆粉末涂层和商用棒材在上述溶液中表现出相似的极化行为,阳极极化和阴极极化的超电位都遵循Tafel关系,表现出很好的钝化性能和点蚀抗力。与商用棒材相比,涂层材料的自腐蚀电流大、自腐蚀电位低、极化电阻小、抗腐蚀能力略有下降。     

激光熔化沉积参数对316L单道几何特征的影响

激光熔化沉积(lasermelting deposition,LMD)是一种先进的金属增材制造技术,具有成形速度快、无模具制造、多轴操作系统和多余粉末可有效回收等特点。但是沉积过程中会出现成形质量不良的现象,导致LMD零件致密度下降,疲劳性能降低。为了提高316L奥氏体不锈钢LMD零件的致密度与疲劳力学性能,针对LMD单道沉积工艺过程,开展实验研究分析不同工艺参数下对单道沉积几何特征的影响。本文使用316L奥氏体不锈钢粉末在激光熔化沉积设备上进行相应的工艺研究,探索了激光功率与扫描速度对单道沉积几何特征的影响。通过对工艺参数与各几何特征进行回归分析,建立了回归模型,并确立了工艺参数对几何特征的影响规律。该工作为后续316L激光熔化沉积零件疲劳实验试样的制备提供基础与参数指导。     

选区激光熔化直接成型个性化牙冠牙桥研究

为了探索应用数字化反求设计结合选区激光熔化快速成型技术制作个性化牙冠牙桥的可行性,通过Laser-denta扫描系统测量牙列模型并 3 维重建其数字化外形,采用计算机辅助设计了牙冠牙桥。利用自主研发的选区激光熔化快速成型设备Dimetal-280进行了316L不锈钢粉末的正交实验工艺研究,获得优化参量,并用该参量加工设计了牙冠牙桥。结果表明,该方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化牙冠牙桥,且成型速度快、尺寸精度高、表面质量好、误差在±0.15mm以内,未经打磨表面粗糙度达到20μm;与传统加工方式相比,反求工程结合选区激光熔化快速成型的方法能快速而精确地制造出形状复杂的个性化金属牙冠牙桥,为其应用于口腔修复体的计算机辅助设计与制造提供了科学依据。