铝合金电弧增材制造技术研究进展

增材制造技术是制造业信息化、数字化、智能化的重要组成内容,而电弧增材技术在铝合金成形中具有较好的应用优势。从金属增材制造技术分类、发展历程、标准规范、技术原理等方面,对比分析了不同增材制造技术的优势与局限。特别介绍了以冷金属过渡技术为代表的电弧增材技术,讨论了电弧增材技术的自身优势与局限性,及其应用于铝合金结构件一体化制造的优势。从成形工艺、气孔缺陷、强韧化技术等多方面综述了国内外铝合金电弧增材技术的研究发展,介绍了目前国内外在铝合金电弧增材制造方向的研究工作以及遇到的主要问题,重点分析了铝合金电弧增材制造样品强韧化方法与效果,介绍了国内外的相关优秀案例。最后总结了未来铝合金电弧增材制造技术需要着重解决的问题与方向,包括原材料质量问题、几何精度问题、气孔、热裂纹和残余应力问题、组织和力学性能问题。     

焊膏用球形粉状铜基钎料的研制

致力于研制一种适用于配制焊膏用的球形粉状中温铜基钎料,钎料以Cu-P为基体,添加适量的合金元素改善钎料综合性能.钎料的制备是采用具有快速凝固特点的气雾化制粉技术,粉末成分组织均匀、粉末粒度可调.该钎料的钎焊工艺性能可靠,焊接质量优良.     

丝材直径对电弧增材制造ZL114A铝合金组织与性能的影响

与金属粉末增材制造技术相比,电弧+丝材增材制造技术在成形效率上有显著优势,但在大尺寸金属构件成形时,其成形效率仍有待提高。文中以直径1.6 mm的ZL114A铝合金丝材为原材料,分析了电弧增材制造成形合金的微观组织与性能,并与原材料直径1.2 mm的成形合金进行对比。研究发现,选用直径1.6 mm丝材为原材料,能够提高电弧增材制造ZL114A合金的成形效率,直接沉积态合金的微观组织具有较大二次枝晶臂间距。经过T6热处理后,成形合金中共晶硅颗粒充分球化,均匀分布在铝基体上,合金具有优异的力学性能。     

专题二——增材制造

正专题以"增材制造"为主题,重点关注各种增材制造技术的最新研究进展和应用、以及增材制造装备和配套材料的研发等,期望提升制件过程的可靠性,推动增材制造在各制造领域的不同维度的研究发展。征文时间:2021年1月1日～2021年6月30日重点关注内容:增材制造技术(激光、电子束、等离子束、电弧及其复合)的国内外现状和发展趋势;主要包括:增材制造工艺和过程优化、材料及结构的各种后处理工艺、增材制造质量控制与评估技术、增材制造结构完整性理论与实验技术、增材制造修复再制造技术、增材材料工艺-组织-性能-服役关联建模、增材制造结构一体化设计技术、增材制造装备发展、增材制造在国家重大项目中的应用等。     

激光增材制造过程中激光与粉末的相互作用研究现状

激光增材制造是通过激光加热熔化粉末或丝材并逐层叠加而形成所需工件的一种增量制造技术。该技术涉及非常复杂的非平衡物理和化学冶金过程,在加工过程中易产生非平衡组织和晶粒取向。激光与粉末的相互作用过程是整个加工过程中最为重要的部分,系统总结激光与粉末的相互作用对于增进对激光增材制造技术的理解,进而提升工件性能具有重要的意义。按照送粉式与铺粉式激光增材制造两种加工方式,分析了激光能量的衰减、粉末颗粒温度的上升以及激光-粉末-熔池的相互作用,综述了激光与粉末相互作用的研究现状。     

冷喷涂增材制造技术研究现状及应用与挑战

冷喷涂增材制造技术是一种固态增材方法,其依靠粉末颗粒塑性变形形成结合,增材构件几乎没有氧化、相变及晶粒长大、裂纹等缺陷,较低的沉积温度对基体热影响较小,同时具有增材效率高和制造大构件等优势,已受到多个国家研究团队的关注,被认为是一种强大而有用的增材制造及增材修复技术。鉴于目前冷喷涂增材制造技术受到各国学者和工业界越来越多的关注,本文试图在阐述冷喷涂设备的基础上,总结典型冷喷涂沉积体（Cu、Al、Ti及Ta等材料）组织结构与性能,重点介绍冷喷涂增材制造技术在国防领域的应用和新进展。同时,也指出了目前冷喷涂增材制造技术存在的挑战。最后对冷喷涂增材制造技术发展尚存的问题与发展方向进行了展望。     

激光增材制造设备现状及发展

激光增材制造技术主要包括粉末床熔融(PBF)和定向能量沉积(DED),粉末床熔融指的是激光选区熔化(SLM),定向能量沉积指的是激光近净成形(LENS).伴随着这些技术"诞生"了相应的激光增材制造设备.以华南理工大学相应设备研发为例,介绍了相关技术设备现状,并展望了激光增材制造设备未来的发展.     

增材制造金属零件抛光加工技术研究进展

金属增材制造在航空航天、医用植入等领域有良好的应用前景,但成型表面质量差,未经后处理加工无法满足高使役性要求,抛光加工是高性能金属增材制造技术链中的关键环节。概述了增材制造金属零件应用现状和生长过程固有的阶梯效应、球化效应、粉末粘附等特性,以及成型表面高粗糙度等形貌特征。在此基础上,重点综述了增材制造金属零件抛光加工中应用较广的电化学、激光、磨料流三种抛光技术的研究进展,以不同制造工艺、不同金属粉末材质、不同结构形式(多孔结构、高长径比流道等)的增材制造样件为主线,通过表面粗糙度、材料去除、表层残余应力、廓形精度保持性等技术指标,对增材制造金属零件抛光加工研究成果进行了归纳总结。最后展望了增材制造金属零件抛光技术的发展方向。     

铝合金激光增材制造材料体系研究现状

首先概述了3种激光增材制造的成形技术原理,对其成形件的主要性能进行了比较。其次重点论述了近年来铝硅系、铝铜系和铝锌系铝合金以及颗粒增强铝基复合材料4种铝合金粉末材料体系的研究发展情况。在此基础上,探讨了铝基粉末在激光增材制造应用中存在的一些难点,包括粉末流动性差、反射率和导热率高、极易氧化以及成形件产生微裂纹,介绍了解决或改善这些问题的方法和作用机制。最后归纳总结了现有铝合金在激光增材制造中仍需解决的问题,对今后的研究工作进行了展望,提出未来可以进行更多元素体系的陶瓷增强颗粒研究,并开发增强颗粒/铝基粉末智能匹配系统的展望,即能够科学选择出与激光增材制造所用铝基粉末高度匹配的增强颗粒,以及研发铝合金激光复合增材技术,以期为铝合金激光增材制造材料体系的发展研究提供有价值的参考。     

金刚石及其复合材料增材技术研究进展

金刚石在硬度、热导率、热震性能以及强度等多个性能方面具有其它材料无可比拟的优势,自金刚石人工合成后,在工业中的应用越来越广,相应的制备和应用技术也得到了快速发展,增材制造技术的出现更是为金刚石的应用带来了新的机遇.文中对金刚石及其复合材料的增材制造技术进行了系统的阐述,介绍了金刚石及其复合材料的主流增材制造技术,概述了增材制造过程的质量影响因素,梳理了主要的金刚石及复合材料结构,归纳了不同结构、不同材料的主要应用领域. 结合国内外相关技术的发展现状,总结了金刚石及其复合材料增材制造技术面临的问题,提出了后续的发展建议,以期为金刚石及其复合材料的进一步研究和应用提供参考.     

基于Laval喷嘴的层流气雾化法工艺参数探索及粉末性能研究

基于Laval喷嘴的层流气雾化技术可以高效制备高性能金属粉末,但目前对这种技术的各项工艺参数及粉末性能尚未有系统性研究。本工作使用基于Laval喷嘴的层流气雾化制粉设备制备了AlSi10Mg合金粉末,同时使用传统分析方法和X射线计算机断层扫描技术分别研究了雾化气体压力以及导流管内径对粉末整体形貌、三维形貌、球形度、粒度分布、物理性能及内部缺陷的影响,并结合数值模拟进行机理性解释。结果表明,基于Laval喷嘴的层流气雾化技术制备的AlSi10Mg粉末性能较好,由于在较高的雾化气体压力和较窄的导流管内径条件下气液流量比更高,金属熔体更易发生破碎,故制备的粉末球形度更好,粒度分布较窄,细粉收得率可接近50%,不规则粉末及空心粉较少。     

新型超声雾化技术制备球形金属粉末

介绍了新型超声雾化制备金属粉末技术原理及工艺特点，研究了采用新型超声雾化技术制备的合金粉末形貌，粒度分布，氧含量和微观组织，并与气雾化粉末进行了比较，新型超声雾化技术直接利用超声振动雾化金属，雾化基本以静态模式进行而没有高速运动，制备的粉末光洁圆整，球形度好，粉度分布窄，具有设备和工艺简单，可控性高，成本低等显著技术优势。     

The influence of the pressure formation at the tip of the melt delivery tube on tin powder size and gas/melt ratio in gas atomization method

The production of metal powder using gas atomization technique is a wide spread process for manufacturing a wide range of spherical metal powder alloys. Metal powder properties generally improve with smaller powder particle size. Close-coupled atomizers are of great interest and controlling their performance parameters is critical for metal powder producing industries. In this study a new designed close-coupled nozzle system was used to produce tin powder to investigate the effect of the protrusion length of the melt delivery tube on the pressure formation at the melt tip. Observed improvement in particle refinement cannot be directly attributed to an increase in atomizing pressures and gas kinetics. Results from this study indicated that the observed metal flow rate was not behaving as what was earlier assumed, namely that, deeper aspiration enhanced metal flow rate. The melt flow rate was reduced with increasing the atomizing gas pressure. So that gas to melt mass flow ratio was increased for the same protrusion length and this ratio increase caused the finer powder particle size.     

固气两相流雾化工艺规律

采用高压氮气为气相雾化介质,分别以NaCl颗粒和Fe粉为固相雾化介质,对Al-Si合金、金属Zn进行固气两相流雾化实验,系统研究了工艺参数对粉末平均粒度和形貌的影响规律.结果表明,固气两相流雾化存在最佳的固/气流率比,采用的固体介质颗粒只有既达到较高的浓度又具有较高速度,才能极大地提高雾化效果.同时,较高密度的固体介质、低金属液流量有利于获得平均粒度细小、形貌复杂、粒度分布更集中的金属粉末.     

W-Ni-Fe三元合金等离子球化过程的SPH仿真研究

针对表面张力影响下的W-Ni-Fe三元合金,通过光滑粒子流体动力学(SPH)建立了仿真多元金属液滴碰撞融合过程的数值模型,获得了流体在等离子球化过程中的流场和温度分布。结果表明,W的占比越高、粒径越小、环境温度越高、Marangoni力越大,则球化度越好。根据SPH模拟结果选择了平均粒径1.5μm的W粉、平均粒径4.1μm的Ni粉和平均粒径2.4μm的Fe粉为原料,按照质量比W∶Ni∶Fe=90∶7∶3进行喷雾造粒,在等离子焰流温度为8000℃条件下球化,球化后的三元合金粉末球形度好,内部致密。球化后颗粒流动性为11.62 s/50 g,松装密度10.66 g/cm3,有利于使用铺粉方法进行3D打印。证实了SPH仿真结果可靠,该模拟结果可用于指导难熔金属W的等离子球化制备工艺。     

增材制造RAFM钢激光焊接头显微组织分析

局部工件采用增材制造技术成型再焊接完成装配是未来精密加工较为可行的方案之一. 采用激光焊对4种不同粒径粉末增材制造得到的低活化铁素体/马氏体钢板（reduced activation ferritic/martensitic steel,RAFM钢）进行焊接,分析激光焊接头显微组织演变特征.结果表明,粉末粒径小于25 μm的增材RAFM钢的道间未熔合缺陷在焊缝区得到修复,而热影响区与母材未熔合缺陷无法改善;粉末粒径为15 ~ 53,45 ~ 105 μm以及大于100 μm的增材RAFM钢的气孔缺陷在焊接过程中无法消除,焊缝区与母材皆有分布,后者的气孔数量和大小明显大于前两者;4种接头焊缝区微观组织皆为粗大的板条状马氏体,柱状晶生长至中心线相交,无等轴晶出现. 由增材制造工艺特点导致热影响区与母材区出现偏析带.近焊缝淬火区峰值温度较高,为细小的马氏体组织;远焊缝回火区产生二次回火的珠光体组织,且伴随部分晶粒长大.     

增材制造用高流动性铝合金粉末制备技术研究

采用自主开发的旋转盘离心雾化实验装置进行雾化制备增材制造用铝合金粉末实验研究,通过开展雾化盘实验研究优选出粒度分布较均匀收得率较好的盘形,并获得其结构和工艺参数的影响规律;通过对制得的铝合金粉末性能和3D打印成型件物理性能进行检测。结果表明:离心雾化制备的铝合金粉末具有高流动性、窄粒度、高球形度、高松比,表面光洁无卫星粉,无空心粉等特点,同时3D打印离心雾化样件熔覆道均匀,孔洞缺陷少,致密度和力学性能明显优于气雾化样件,尤其是抗拉强度和屈服强达到495和320 MPa,相比气雾化粉打印样件提高近10%。     

Printability of gas atomized Mo-Si-B powders by laser metal deposition

Mo-Si-B alloys, as a more and more frequently considered high-temperature material, face the challenge of machining complex shapes. In the present work, the feasibility of printing pre-alloyed Mo-Si-B powder materials via laser metal deposition (LMD) process was firstly demonstrated. Mo-Si-B powder was manufactured via gas atomization (GA) process out of solid raw materials meeting the requirements for additive manufacturing (AM) regarding flowability and particle size. Investigations of the powder particles after GA and detailed analyses of the printability and microstructural evolution of the multi-phase Mo_ss-Mo₃Si-Mo₅SiB₂ built are presented. As a result, distinct zones resulting from the layer-wise LMD process were observed next to a microstructure of primarily solidified Mo_ss phases embedded in fine dispersed eutectic regions. The hardness of the LMD processed material is shown to be comparable with Mo-Si-B alloys produced by ingot metallurgy (IM).     

采用图像分析技术对球形Ti-6Al-4V粉末粒形的定量分析

采用图像分析技术对4种不同方法制备的球形Ti-6Al-4V粉末进行粒形的定量分析,分别测量了粉末的球形度、椭圆率、赘生物指数及粗糙度。结果表明:4种方法制备的粉末平均球形度均在90%以上。等离子旋转电极雾化法(PREP)、等离子火炬雾化法(PA)、等离子惰性气体雾化法(PIGA)、电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制得粉末球形度依次降低,粗糙度依次增加。PREP、PA、EIGA、PIGA法制得粉末的表面卫星球粘附依次增加。对于PREP法制得粉末,粉末粒径范围越细,球形度越高,平均粗糙度越小。粉末粒形指标的差异与其制备方法的原理有关。采用图像分析技术可以实现对金属粉末粒形指标的科学定量分析。     

Solid atomization technology and process of molten metal and alloy

A novel solid atomization technology,which using high velocity gas jet-stream rich in solid salt particles as atomization medium,was developed.The results show that using this novel atomization process can produce various metal and alloy powders with finer paricle size,finer microstructures and higher cooling rate than those powders produced by the conventional gas atomization technology.