金刚石磨粒工具增材制造技术现状及展望

金刚石磨粒工具是工程陶瓷、玻璃、半导体等硬脆材料高效精密加工的重要手段。日益提升的零件制造质量、成型要求和加工效率给金刚石磨粒工具带来了巨大挑战,工具结构改进已成为应对这一挑战的关键,但却给工具制造带来了难题。近年来,增材制造技术因其优异的复杂结构成型能力而备受关注。采用增材制造技术进行金刚石磨粒工具制备也已被业界视为解决复杂结构磨具高效成型的潜在手段并成为研究热点。立足于目前已有的相关研究报道,以光固化成型技术（SLA）、选择性激光烧结技术（SLS）、激光选区熔化技术（SLM）为主,总结现有增材制造技术在金刚石磨粒工具制备方面的研究进展,分析其在制造工艺上的不同特点,并对未来利用该类技术制备金刚石磨粒工具进行展望与建议。     

激光增材技术制备金属基石墨烯复合材料

增材制造技术（3D打印）是先进制造技术的重要发展方向,已经应用到航空航天、汽车工业、生物医学等重要领域中。自2004年首次剥离出单层石墨烯后,石墨烯等二维晶体材料逐渐成为了复合材料领域的研究热点。其表现出的优良力学性能及导电导热性使其更加适用于增强相材料。石墨烯与金属合金复合,通过调整石墨烯增强相的含量和分布,有望大幅提高金属基体材料的力学强度、导电导热等性能,获得性能优异的结构功能一体化材料。激光增材制造技术和石墨烯纳米片高比表面积和各向异性的优点相结合,对石墨烯与金属粉末进一步加工混合,再逐层打印构造3D 结构,已成为一个全新的研究方向,正在引领着第四代工业革命的进展。本文以激光增材制造技术为主体,从三个角度综述激光增材制造技术制备金属基石墨烯复合材料的研究进展,即激光增材制造技术制备石墨烯铝、镍及其他金属基复合材料,对比了形成工艺以及材料的性能,并分析了今后可能的发展方向。     

激光增材制造铝合金及其复合材料的研究进展

增材制造中的选区激光熔化技术在未来航天航空、车辆制造、医学生物等方面都具有广阔的应用及发展前景。文中从选区激光熔化铝合金及其复合材料的相对密度、显微组织、力学性能三方面阐述了其研究进展,归纳总结了SLM制备不同铝合金及其复合材料的抗拉强度和伸长率、相对密度。通过文献得出,添加Sc, Zr等元素及纳米增强颗粒的复合铝合金材料,可获得更好的力学性能,并展望了未来研究的趋势。     

增材制造金刚石工具研究现状及展望

随着金刚石工具朝着形状复杂化、结构精密化、性能高端化等方向发展,常规金刚石制造工艺受成形原理限制较难满足上述要求,亟须寻求新的金刚石工具制造工艺。增材制造是一项新兴的、降三维制造为二维制造的技术,近年来开始应用于复杂结构金刚石工具的制造。本文综述了激光选区熔化、激光选区烧结、立体光固化成形等目前主流增材制造工艺成形金刚石工具的研究进展,详细介绍了3种工艺的成形原理,重点阐述了不同工艺中金刚石与胎体材料的界面结合问题,简要对比了3种增材制造工艺成形金刚石工具的差异。最后,对未来增材制造金刚石工具的研究重点进行了展望。      

激光增材制造金刚石/Ni-Cr合金的裂纹特征

采用激光增材制造制备了多层金刚石/Ni-Cr合金试样,研究了裂纹随堆叠层数增加的变化规律、试样表面与内部的微观组织形态特征、表面与内部的微观裂纹萌生位置及宏观裂纹的形态特征以及裂纹的延伸扩展规律。结果表明：表面裂纹数量随堆叠层数增加先增加后减小。试样表面粗大晶粒组织与细晶粒组织交替排列,后成形熔覆道对已成形熔覆道微观组织具有明显热影响作用。试样内部组织从靠近基板到表面呈现细小→粗大→细小的形态,内部磨粒周边的组织比远离磨粒的组织粗大。表面微观裂纹主要萌生于粗大组织区和磨粒周边,粗大组织和磨粒有利于裂纹的扩张与延伸。在平行于激光扫描方向的熔覆层表面拉应力作用下,表面宏观裂纹主要呈现出垂直熔覆道的形态。内部微观裂纹萌生于磨粒周边、粗大组织区以及碳化物夹杂处。内部宏观裂纹可由内部裂纹向外延伸形成或由表面裂纹向内延伸形成。内部裂纹的桥接、磨粒周围缝隙、破碎的磨粒、碳化物夹杂及粗大组织均会助长内部裂纹的扩张和延伸。     

激光增材制造高温合金复合材料研究进展

本文对增材制造技术在高温合金复合材料中的研究进行了系统全面地梳理归纳,综述了增材制造高温合金复合材料的粉末混合、冶金过程以及强化机制,并且在增材制造高温合金复合材料显微组织、缺陷及其性能方面进行详细对比分析研究。在此基础上,分析了增材制造高温合金复合材料研究现状及进展,并且对高温合金复合材料新增强相设计、增强相添加方式及其对蠕变疲劳性能的影响机制等的研究进行了展望,本文将有利于对增材制造高温合金复合材料的研究和发展提供参考。     

基于增材制造技术的非晶合金研究进展

近年来,为了满足具有大尺寸复杂结构的非晶合金构件的市场需求,具有高度柔性化成形、机加工量小和成形精度高等特点的增材制造技术被成功应用于制备块体非晶合金。本文基于国内外块体非晶合金增材制造成形领域的最新研究成果及作者们多年来在该领域的研究工作,系统介绍了现有非晶合金增材制造技术的研究现状,详细阐述了非晶合金在各类增材制造技术中的成形机理和性能方面的研究进展,深入探讨了现有非晶合金增材制造成形的技术难点,详细阐明了非晶合金增材制造成形工艺 - 组织结构 - 性能间内在联系,指出制备高质量高性能非晶构件将是块体非晶合金增材制造成形领域未来研究的重要方向。     

增材制造镁合金技术现状与研究进展

镁合金具有轻质、比强度高、阻尼减振、生物相容性好、体内可降解等优点,在航空航天、汽车轻量化、生物医疗等领域应用潜力巨大。然而传统的镁合金铸造成形和变形加工技术在制备一体化复杂结构件上具有一定的局限性,制约了镁合金在上述领域的应用普及。增材制造是一种根据三维模型数据逐层熔化沉积的先进技术,有望成为镁合金复杂构件制备的重要技术途径。本文概述了近年来增材制造镁合金的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电弧增材制造(WAAM) 2种主要增材制造的工艺研发现状和影响因素、微观组织、力学性能及耐蚀行为进行分析与总结。研究表明,工艺优化后SLM和WAAM等技术均可获得致密度> 99%的镁合金试件,并且能够获得与传统制造镁合金相当的力学性能和耐蚀性能,增材制造镁合金表现出极大的工程应用潜力。最后,从材料优化、工艺改进及性能评价等方面对增材制造在镁合金中的未来发展趋势与研究方向进行了总结与展望。     

增材制造用金属粉末研究进展

增材制造(3D打印)技术是目前被广泛誉为最具革命性的先进制造技术,无需任何模具可快速成形任意复杂构件且原材利用率高、生产周期短,增材制造技术的发展日新月异,已逐步进入产业化应用于各个行业.金属粉末材料作为增材制造领域的核心组成,其质量性能的优劣对成形零件的品质至关重要,本文针对增材制造领域金属材料粉末的应用与发展,结合...     

铝合金CMT技术增材制造研究进展

铝合金作为一种加工性能优良、导热性好且质量轻的金属材料,在工业领域应用广泛。冷金属过渡焊接技术(CMT)作为一种低热量输入、无飞溅的焊接技术,非常适合铝合金的增材制造,铝合金CMT技术已成为增材制造技术的研究热点。通过综述近年来国内外学者在铝合金CMT技术焊道成形、组织性能、气孔缺陷方面的研究成果,展望了未来CMT技术的发展方向。     

金刚石复合片微观组织结构的研究

采用SEM、EDX和XRD分析手段对一种高温高压合成的金刚石复合片(PDC)进行抛光面和纵切断口的显微形貌、元素能谱成分及物相组成分析研究.结果表明:①在抛光面上:金刚石颗粒连接紧密,黏结剂Co分布均匀呈断续的“网格”结构,其质量分数稍低于纵切断口面.②在纵切断口面上:结合界面处结合紧密,实质是Dia - Co - W...     

金刚石颗粒复合封装材料的研究与进展

对目前金刚石在电子封装材料中的国内外研究开发和应用现状进行总结,概要介绍其在封装材料中的基本作用和原理,重点探讨金刚石在封装材料中应用的发展趋势和对超硬材料及制品行业的影响。      

金刚石复合片的微观分析研究

本文对一种金刚石复合片抛光面和横断面的组织形貌、微区成分、相组成进行了分析研究.结果表明:抛光面金刚石生长连接明显,其钴含量低于横断面中含量,黏结相断续分布,有被腐蚀的孔穴,物相由金刚石相(fcc)、Co4C相(fee)、α-Ti相(hop)、β-Ti相(bec)组成;横断面上,在0.5 mm厚金刚石层内,钴、钨质量分...     

A brief review of brazing diamond in cutting tools

Diamond has high hardness and good wear resistance. It is widely used in cutting tools and workpieces. Brazing is an effective method to realize high quality cemented carbide joints in various materials connection technologies. This paper analyzes the research status of diamond brazing in detail. The materials used as brazing filler in diamond brazing are reviewed. Copper base filler and nickel base filler are the most commonly used brazing filler in diamond brazing. The advantages and disadvantages of diamond grinding tools under different production methods are analyzed. In addition, a series of new brazing alloys such as amorphous Ni based brazing filler metals are analyzed. Finally, the development trend of diamond brazing is pointed out.     

A study of an improved cutting mechanism of composite materials using novel design of diamond micro-core drills

Core drilling at small diameters in carbon composite materials is largely carried out using diamond electroplated tools consisting of hollow shafts and simplistic geometries that are likely to work in an abrasional/rubbing mode for material removal. The paper reports a step change in the performance of small diameter core drilling by facilitating a shearing mechanism of the composite workpiece through the utilisation of a novel tool design. This has been achieved by laser producing core drills from solid polycrystalline diamond, incorporating controlled cutting edges where the geometries are defined. To evaluate the efficiency of the shearing vs. abrasion/rubbing cutting mechanisms, a critical comparison between the novel (defined cutting edges) and the conventional electroplated tools (randomly distributed micro-grains) has been made with reference to thrust forces, tool wear mechanisms and their influences on the hole quality (e.g. delamination, fibre pullout). This work has been augmented by studies using high-speed thermal imaging of the two tool types in operation. The examinations have shown that, based on the concept of defined cutting edges in solid diamond, there is the possibility to make significant improvements in core drilling performance, (ca. 26% lower thrust force, minimal tool surface clogging, lower drilling temperatures) resulting in improved cleanliness of fibre fracture and a reduced tendency of material delamination.     

增材制造钽及多孔钽的研究进展

金属钽是一种具有优异耐腐蚀性、生物相容性和介电性能的难熔金属材料,因而被广泛应用于高温技术、电子技术、耐腐工程、原子能以及医疗等行业。增材制造技术能够实现复杂钽金属零件的一体化成形,并且材料利用率高、可实现个性化定制。本文介绍了增材制造用球形金属钽粉的研究现状,评述了钽金属粉末及增材制造成形后的组织和性能研究及应用进展,分析了钽金属增材制造技术当前存在的一些问题,并对该技术的未来发展进行了展望。     

双脉冲电弧增材制造数值模拟与晶粒细化机理

电弧增材制造具有成本低和效率高等优点,然而其晶粒细化的研究鲜有报道. 使用自行研制的熔化极气体保护焊电源实施了双脉冲电弧增材制造试验,通过数值模拟预测了晶粒细化现象,试验结果验证了双脉冲电弧的晶粒细化作用. 结果表明,由于熔池的膨胀,熔池尾部出现了重熔化现象. 在与单脉冲电弧热输入相同时,重熔化现象导致双脉冲电弧能够产生更高的冷却速度,并且细化晶粒. 因此,可以通过改变脉冲参数而不是传统地改变热输入来细化晶粒.     

激光同轴送粉增材制造粉末束流关键特征表征与分析

粉末束流焦距和焦点位置处的粉末颗粒的空间分布是粉末束流的两个关键特征,对激光同轴送粉增材制造工艺特性影响较大. 利用高速摄像拍摄粉末束流的宏观形貌,以图像灰度处理技术为基础,建立了粉末束流焦距和焦点位置处粉末颗粒空间浓度分布表征方法,提出利用有效粉斑直径定量分析粉末束流的汇聚性,系统研究了载气流量、同轴保护气流量、送粉速率等主要工艺参数对粉末束流关键特征的影响规律. 结果表明,工艺参数的改变几乎不影响粉末束流焦点位置处粉末颗粒呈高斯分布这一规律;载气流量增加,粉末束流焦距变小,有效粉斑直径变大,粉末束流汇聚性变差;同轴保护气流量增加,粉末束流焦距变长,有效粉斑直径基本不变;送粉速率提高,粉末束流的焦距和有效粉斑直径变化均不大.     

基于透红外视觉传感的GMA-AM熔池图像质量评价

针对熔化极气体保护电弧(gas metal arc,GMA)增材制造(additive manufacturing,AM)图像感知,提出一种透红外熔池视觉传感方法. 为客观评价熔池图像质量,综合图像灰度、纹理、形状和频谱等四类特征定义了熔池图像质量评价参数φ. 结果表明,φ值越大,图像质量越好. 透红外熔池图像质量评价参数φ远大于近红外窄带熔池图像,熔池更清晰,对比度更高. 相比800,850和930 nm等透红外滤光片,990 nm透红外滤光片能过滤大部分电弧连续谱和特征谱,获得的熔池信息量最大,对比度更明显,边缘更清晰,细节信息更丰富,熔池图像质量最佳,是最佳取像窗口.     

TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件,并对其组织特征进行了研究. 结果表明,在电弧增材制造过程中,受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响,在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示,中下部区域硬度相对较高,平均硬度为336HV 0.1,上部显微硬度有明显降低,平均硬度为323.3HV 0.1.