选区激光熔化工艺参数对燃料电池316L不锈钢双极板性能的影响

316L不锈钢材料具有耐蚀性好、成形性好、成本低等优点,在燃料电池金属双极板领域有着良好的应用前景.基于传统等材、减材加工方法难以成形复杂结构燃料电池双极板的瓶颈,使用选区激光熔化技术可实现复杂结构316L不锈钢双极板的成形制造.针对燃料电池不锈钢金属双极板的应用背景,系统研究了不同激光工艺参数(激光功率、激光扫描速度)对所成形316L不锈钢材料微观组织及双极板所需耐蚀性和表面接触电阻的影响,并对比了传统锻造316L不锈钢与选区激光熔化316L不锈钢在显微组织和性能上的差异.结果 表明,选区激光熔化成形316L不锈钢的致密度随着激光功率的增大而增大,随着扫描速度的增大而减少,并在激光功率为300W,扫描速度为1500～2000 mm/s时达到最大值.相比于具有等轴晶特征的锻造不锈钢试样,选区激光熔化成形不锈钢试样柱状晶组织有利于降低晶界对电流的阻碍作用,从而降低了表面接触电阻;同时,随着样品表面粗糙度的提高,选区激光熔化成形不锈钢试样的表面接触电阻降低.致密度高的选区激光熔化成形不锈钢试样的耐蚀性优于锻造成形不锈钢试样,且随着致密度的减小,选区激光熔化成形试样的耐蚀性逐渐降低.本研究结果表明选区激光熔化成形316L不锈钢材料可用于燃料电池金属双极板.     

基于非线性超声的SLM制备车用合金疲劳损伤检测

为了提高对车用选区激光熔融GH4169镍基合金疲劳损伤的检测能力,设计了一种基于非线性超声的高效检测方法。根据超声非线性系数精确判断试件的疲劳损伤状态,并通过高次谐波检测技术快速测定合金疲劳损伤。研究结果表明：二次谐波与基波相比形成了更低幅值。与初始试件相比,经过18 000次疲劳测试后,试样形成了更大变化幅值信号。试样组织中形成了等轴晶形态,大部分柱状晶表现出较强方向性。周期疲劳试样形成了大量疲劳裂纹。增加疲劳周期后,非线性超声测试变化不断增大,形成了相近的变化特征。与缩颈处测试点相比,喇叭口处测试点超声非线性系数跟疲劳周数之间虽然也呈现正相关的特点,但只发生了小幅增长。该研究对提高激光熔融试样的疲劳损伤检测精度具有很好的理论支撑价值。     

基于RSM的激光增材制造316L不锈钢尺寸精度研究

为了实现选区激光熔化成形精度工艺参数的优化,采用响应面法对选区激光熔化316L不锈钢的成形尺寸精度进行研究。结果表明,响应面模型的预测值与试验值具有良好的相关性,激光功率和扫描速度对尺寸精度具有显著的影响,且随着激光功率的增大和扫描速度的减小其成形的尺寸绝对误差越大,对选区激光熔化成形尺寸精度的控制具有重要意义。     

激光选区熔化颗粒增强316L不锈钢复合材料组织及性能的研究

为提高激光选区熔化316不锈钢复合材料的性能,采用100W光纤激光器进行激光沉积试验,对没有添加TiB_2粉末以不同TiB_2含量的TiB_2/316L复合材料进行激光沉积。最后通过形貌和微观结构表征研究纳米颗粒对金属合金性能的影响。结果 TiB_2粒子均匀分布于316L基质中,并且硬度显著增加,在316L基质中掺入15 vol.%的TiB_2纳米级增强材料,其显微硬度大约增加了三倍,达到6113 HV0.1左右。     

激光选区熔化技术及其在个性化医学中的应用

激光选区熔化是一种精密金属增材制造技术,可以成形任意复杂的功能零件。个性化医学用品需要具有个性化的几何外形和良好的生物性能,为了探究激光选区熔化在个性化医学用品中的应用,采用DiMetal系列激光选区熔化设备成形医用金属材料如316L不锈钢、CoCrMo合金、Ti6Al4V,并对医用金属材料成形致密度、成形力学性能和几何结构成形性进行了研究。通过个性化设计和DiMetal系列激光选区熔化设备,设计与制造了个性化牙冠、舌侧正畸托槽、手术模板、全膝置换股骨远端假体、股骨近端假体、颅骨修复体等医学用品。研究证明DiMetal系列激光选区熔化装备、工艺可用于个性化医学用品的快速制造,这为个性化医学用品的快速响应设计与制造提供了一种新的手段。     

非线性超声检测镁合金疲劳的仿真和试验

为了利用非线性超声检测AZ31镁合金的早期疲劳损伤,通过现有的本构关系建立了非线性超声检测有限元模型,计算了材料疲劳引起的内部微缺陷长度、数量和宽度变化对非线性超声系数的影响.计算结果表明,材料疲劳产生的微缺陷是产生二次谐波的原因,有限元方法可以有效模拟镁合金材料的超声非线性效应.进行了两个镁合金疲劳试件的非线性超声在线检测试验,研究发现,在镁合金疲劳早期,超声非线性系数随疲劳加载周数单调增加,但在疲劳后期出现了超声非线性系数减小的现象.试验结果表明,超声非线性系数对疲劳早期损伤非常敏感,可以用来表征材料的早期疲劳损伤程度,有限元计算结果与试验结果相吻合.     

高温316L钢非线性疲劳蠕变损伤演化模型及其应用

为了研究高温两级和多级疲劳蠕变载荷作用下计及载荷历程效应的寿命预测方法,文中首先基于韧性耗竭理论提出一种非线性疲劳蠕变损伤演化模型,并通过316L不锈钢高温单级应力、温度疲劳蠕变试验,确定模型中的损伤指数,以该损伤模型结合多级加载的损伤破坏准则对高温两级应力、温度疲劳蠕变载荷作用下316L钢的寿命进行预测,得出与试验较...     

水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中的几何误差研究

以316L不锈钢金属粉末为原料,利用激光选区熔化成型技术试制某潜水泵用叶轮。针对水泵叶轮激光选区熔化成型加工中出现的几何误差,分析水泵叶轮出现几何误差的原因。通过设计工艺试验,探究水泵叶轮在激光选区熔化成型加工中几何误差的产生规律,建立水泵叶轮的几何误差模型,确定引起水泵叶轮成型精度的主要因素有:切片处理产生的误差、激光深穿透产生的误差、外边框凸起产生的误差、材料收缩变形产生的误差、粉末的杂质引起误差和成型缸升降产生的误差,采用后处理和补偿成型缸位移量,解决水泵叶轮几何误差。研究结果表明:当成型缸位移量为0.02823 mm时,所成型的水泵叶轮加工精度符合制造要求。     

热处理温度对SLM成形316L不锈钢组织性能影响研究

使用选区激光熔化(SLM)技术制备316L不锈钢试样以及残余应力样件,采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM,配备电子背散射衍射探头EBSD）、显微硬度计等研究不同热处理工艺对SLM成形316L的显微组织、显微硬度、力学性能以及残余应力的影响,得到最优热处理工艺。结果表明SLM制备制件组织致密,在最优热处理1 000℃、保温2 h制度下,试样的性能稳定,显微硬度及拉伸性能各向异性差异小,残余应力小。此研究为SLM成形316L不锈钢的力学性能优化及显微组织调控提供了强有力的基础。     

基于GA-BP神经网络的316L不锈钢成形尺寸精度预测

建立选区激光熔化316L不锈钢成形质量预测模型,以响应面中心复合设计试验数据作为反向传播（Back Propagation,BP）神经网络模型的训练样本,采用遗传算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化。结果表明,通过遗传算法优化的BP神经网络模型能够有效预测精度,使得成形件尺寸精度的平均相对预测误差为5.42%。     

7075铝合金疲劳损伤的多点快速非线性超声检测

非线性超声技术是一种对疲劳损伤非常敏感的无损检测方法。设计搭建多点快速检测系统,以不同程度疲劳损伤的铝合金为例研究疲劳过程中的超声非线性效应,对多个试件的不同位置进行了检测,提取试件不同疲劳加载循环次数下的超声波基波与二次谐波幅值,据此计算出超声波非线性系数,同时将结果与金相分析结果进行对比,研究组织变化与非线性系数之间的关系。结果表明,试件在疲劳过程中,非线性系数呈先升高后降低的规律性变化,在疲劳加载循环到4.5万次时达到峰值,对应了裂纹萌生阶段。但宏观裂纹出现后非线性系数呈降低趋势;同时多点扫查结果表明,单一试件疲劳损伤区域的非线性系数与未损伤区相比差别较大,说明了非线性系数对疲劳损伤的变化非常敏感,因此采用本方法可快速实现疲劳区域的初步定位检测。     

激光选区熔化17-4PH不锈钢的动态性能研究

激光选区熔化制造的不锈钢结构及材料的动态性能测试研究是工程结构设计与应用分析的基础。采用液压伺服材料试验机和霍普金森压杆对激光选区熔化17-4PH不锈钢的准静态和动态压缩性能进行研究，分析17-4PH不锈钢本构特性的动态应变率效应。研究结果显示，激光选区熔化17-4PH不锈钢具有应变率强化效应，随应变率增大，流动应力增大，应变率敏感因数为62.598。微观结构分析表明，17-4PH不锈钢发生绝热剪切带破坏。     

非线性超声检测镁合金早期疲劳的试验研究

为利用基于二次谐波的非线性超声方法检测镁合金材料的早期疲劳损伤,建立超声非线性系数β的测试试验系统,设计制作预设应力集中区的厚板镁合金疲劳试件,并通过有限元法仿真应力集中区的有效性.对三个不同疲劳加载模式的镁合金试件进行非线性超声检测试验研究.结果表明,在疲劳寿命的早期,三个试件的超声非线性系数均随疲劳周数明显增加.同时,测量其中一个试件在非应力集中区的超声非线性系数,与应力集中区相比,超声非线性系数变化幅度只有应力集中区的27％,进一步表明超声非线性系数的变化来源于镁合金材料疲劳引起的微缺陷变化,也证实试验的可靠性.另外,波速和弹性常数的试验结果表明,这两个线性参数对于镁合金材料的早期疲劳损伤不如超声非线性系数敏感.     

基于选区激光融化成型的空间曲线啮合轮后处理工艺及传动性能研究

采用选区激光熔化(SelectiveLaserMelting,SLM)快速成型设备与316L不锈钢粉末,得到的空间曲线啮合轮样品表面粗糙度值较大,主动轮与从动轮不能实现连续稳定的啮合传动。为了研究选区激光熔化成型的空间曲线啮合轮的表面后处理工艺,采用机械喷砂与电解抛光相结合的加工方法得到的主动轮与从动轮样品,表面粗糙度值达到Ra 1.0μm。实验结果表明,采用的后处理工艺和参数获得的主动轮与从动轮样品具有较高的形状精度与尺寸精度,能够实现连续稳定的啮合传动。此方法为空间曲线啮合轮提供了较好的制造思路。     

铝合金初期塑性变形与疲劳损伤的非线性超声无损评价方法

利用传统超声检测方法或其他无损检测方法难以实现金属初期塑性变形和疲劳损伤的检测.为了解决这一问题,利用基于二次谐波的非线性超声检测方法,研究2024-T4铝合金的初期塑性变形与疲劳损伤缺陷的测试过程;建立非线性高能穿透法超声检测系统,发现超声非线性系数与铝合金残余塑性变形和疲劳损伤程度具有单调相关关系;通过改进试验方法,利用压电晶片的滤波效应,成功减小试样前端非线性的试验来源,提高了检测的鲁棒性.试验结果表明通过利用晶片的滤波效应,选择合适的激励频率能够减小前端仪器的非线性对试验结果的干扰,使基于二次谐波幅值的超声非线性系数能够作为表征铝合金初期塑性变形和疲劳损伤程度的特征参量应用于实际的检测过程.     

超声表面冲击强化对316L不锈钢疲劳性能的影响

用超声冲击方法对试件表面进行改性,可以提高316L不锈钢性能。结合拉伸试验、高周疲劳试验、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、X射线衍射(X-Ray Diffraction, XRD)及能量色散谱仪(Energy Dispersive Spectrometer, EDS),测试了316及316L不锈钢的疲劳性能和断裂特性。结果表明,含碳量稍低的316L不锈钢拉伸强度及疲劳强度也略低;表面超声冲击强化可提高该奥氏体不锈钢抗拉强度约19.7%,但韧性会有所降低。316、316L、冲击处理后316L三组材料的疲劳极限分别为209 MPa、204 MPa、254 MPa,均为本身抗拉极限的35%左右,拟合公式S=-64+0.45σ_b;含碳量高的316,其S-N曲线数据归一性更好,试样无侧边裂缝。疲劳断面显示,裂纹源萌生于异质相或非金属夹杂,裂纹沿晶扩展,裂纹扩展区的速度波动也归因异质相。超声冲击后316L的裂纹扩展速度明显降低,断面的起伏更大,瞬断速度更快。     

304不锈钢点蚀损伤的非线性超声表征

利用非线性超声表面波检测技术实现了对304奥氏体不锈钢点蚀损伤的无损表征。将固溶态304奥氏体不锈钢在质量分数为6.0%,10.0%,14.0%的FeCl_3溶液中,分别浸泡6,12,18h。利用OLS4000激光共聚焦显微镜对浸泡试样进行表面形貌的观察、稳态点蚀孔三维形貌以及尺寸的测量,利用RAM-5000测量超声表面波非线性系数,基于蚀孔微观形貌和尺寸变化分析点蚀损伤的非线性系数变化规律。结果表明:归一化非线性系数随超声表面波传播距离的增加而逐渐增大;表面波传播距离一定时,归一化非线性系数随浸泡时间的延长和溶液质量分数的升高而单调递增。超声波与点蚀引起的材料不连续界面相互作用,造成界面间的应力-应变非线性效应,且非线性效应随点蚀损伤的加剧被累积,这一结论对奥氏体不锈钢点蚀研究具有较大的参考价值。     

电磁超声非线性效应表征的 Lyapunov 指数分析方法

针对金属疲劳损伤非线性效应非接触式检测需求及其低信噪比问题,提出电磁超声方案对非线性效应进行信号拾取, 并采用 Duffing 混沌系统实现对金属疲劳程度定量评估,进而依据相轨图和 Lyapunov 指数表征材料疲劳演变非线性特性。 采用 有限元方法分析铝合金疲劳损伤演变过程,基于材料 Murnaghan 模型和微裂纹等效弹簧模型,研究疲劳损伤演变过程中相对非 线性系数变化规律;进而探究 Duffing 混沌系统对于非线性效应特征提取的抗噪能力,当信噪比在 20 dB 时,相对非线性系数误 差为 132. 12% ,而 Lyapunov 指数误差为 8. 82% ,因而 Lyapunov 指数较非线性系数而言有显著的抗噪能力;此外,基于对铝合金 疲劳检测进行实验研究,验证了电磁超声非线性效应 Lyapunov 指数表征分析方法的可行性及准确性。 研究结果表明,Lyapunov 指数能够有效应对电磁超声非线性检测过程中低信噪比问题,从而提升非线性特征拾取的灵敏度和可重复性,进一步增强电磁 超声等非接触式超声检测方法在疲劳在线检测演变的工程应用的贡献。     

316L不锈钢多孔结构的选区激光烧结成型工艺研究

研究了一种新型的制备金属多孔结构技术-选区激光烧结,着重说明该技术的基本原理和工艺过程,并利用此制备技术对316L不锈钢粉末进行了激光烧结制备多孔材料的实验研究.利用SEM分析了316L不锈钢多孔试样的微观孔隙特征,并测定其孔隙率.结果表明,在较高的扫描速率下可获得孔径分布均匀、孔隙贯通性良好的多孔结构;随扫描速率逐渐提高,试样孔隙率和弹性模量呈上升趋势.     

基于双模式超声换能器的选择性激光熔化316L制件弹性常数无损表征研究

选择性激光熔化技术(SLM)可以快速成型任意结构的金属零件,但其制件的内部组织和材料性能与传统制件有着显著区别。基于双模式超声换能器对SLM 316L不锈钢制件的不同方向弹性常数及其分布进行表征研究。首先通过设计并制备高性能双模式超声换能器,搭建超声弹性常数分布测量系统。对SLM制备的316L不锈钢试样依次进行纵波和两个正交横波声速测量,获得同位置处不同方向弹性模量和泊松比。通过不同成型方向的声速测量,发现SLM制件在堆积z方向熔化层内呈现显著区别,表现出明显的各向异性。而y-z平面内弹性常数分布表征表明,杨氏模量E_(13)大于E_(12),泊松比σ_(13)小于σ_(12),且制件各熔化层弹性常数分布规律相似。此外,还讨论了加工过程中扫描速度和扫描间距等工艺参数对弹性参数的影响。选择性激光熔化制件弹性常数的有效无损表征将为增材制件内部质量控制和工艺改善提供技术基础。