蓝光激光增材高反射率金属研究现状及发展趋势

激光增材制造技术利用逐点逐层的加工方式,对于复杂金属构件的制备具有极大的技术优势。对于高反射率金属材料,它们在不同波长下的激光吸收率相差较大,提高其对激光吸收率是改善成形件质量的重要途径之一。为获得质量良好的成形件,可采用如蓝光激光、绿光激光等短波长激光光源对高反射率金属材料进行增材制造。阐述了金属粉末材料对蓝光激光的吸收机理、蓝光激光器的研究及发展现状,分析并总结了高反射率金属蓝光激光选区熔化及沉积技术的研究现状,并展望了其未来的发展趋势。     

TiC含量对激光选区熔化Inconel 625合金微观组织及表面摩擦磨损性能的影响

为了提高3D打印镍基高温合金强度、硬度及耐磨性能,使用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备添加不同质量分数TiC增强Inconel 625合金材料,并对比添加不同质量分数TiC(4 wt.%和8 wt.%)所制备的SLM TiC/Inconel 625试样的摩擦磨损性能。结合X射线衍射仪(XRD),金相显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)等材料表征手段对TiC/Inconel 625试样的物相分布,微观组织结构及磨损前后的元素分布进行对比分析。结果表明,随着TiC含量的增高,SLM TiC/Inconel 625硬度从325 HV_(0.2)(不含TiC)升高到了587 HV_(0.2)(SLM 8 wt.%TiC/Inconel 625),磨损率也由22.4×10~(-5)mm~3/(N·m)下降为9.8×10~(-5)mm~3/(N·m)。其中,平均摩擦磨损系数最小的为SLM 4 wt.%Ti C/Inconel 625 (COF=0.47)。综合对比可以发现通过添加适量的TiC颗粒可以有限改善SLM Inconel 625的硬度及耐磨损性能。     

等离子体喷涂中颗粒加热过程数值模拟

目的研究颗粒在等离子体喷涂中的加热过程及影响因素。方法使用Fluent软件对处于等离子射流中颗粒的加热过程与状态进行求解计算,根据计算结果分析了喷距、颗粒直径与颗粒材料对颗粒加热状况与内部温度梯度的影响。结果对于不同的喷距,在颗粒升温过程中,颗粒表面温度高于中心温度;在颗粒降温过程中,颗粒表面温度低于中心温度,并且降温过程中的表面-中心温差远小于升温过程中的表面-中心温差。在颗粒升温过程中,其内部存在不同的加热阶段。对于不同的直径,虽然大颗粒比小颗粒能进入射流中心更深的位置,但小颗粒的加热效果更好。表面-中心温差随着颗粒直径的增大而增大,三种不同直径的颗粒的表面-中心温差变化曲线都表现出相似的趋势。对于不同材料的颗粒,热导率越低的颗粒,其表面-中心温差越高,越难以完全熔化。结论喷距、颗粒直径与颗粒材料对颗粒加热状况和内部温度梯度有很大的影响,该模拟结果能为分析颗粒与等离子体之间的传热提供参考。     

固溶处理对选区激光熔化双相不锈钢组织及性能的影响

通过设计和优化双相不锈钢激光选区熔化(SLM)成形工艺,制得了高精度、低缺陷密度的(21.98wt%Cr-5.37wt%Ni-3.13wt%Mo-1.95wt%Mn)双相不锈钢,进一步研究了不同固溶处理温度对其显微组织和性能的影响。结果表明,通过对不同工艺参数SLM成形试样的研究,得到最佳SLM工艺参数：激光功率275 W,激光扫描速度700 mm/s,扫描间距80μm,铺粉层厚50μm。固溶处理能有效地调控SLM成形双相不锈钢的相组成及比例,试样中奥氏体含量均较打印态试样大幅提高。较低温度固溶处理会导致脆性σ相在晶界处析出,大幅削弱试样的塑性。当固溶温度升高到1020℃及以上时,σ相消失。更高的固溶处理温度又会使晶粒粗化,既降低试样的强度又损害塑性。1020℃固溶处理试样中可获得接近平衡的双相组织,此时抗拉强度为868 MPa,伸长率达到35.0%。     

激光功率对激光熔覆FeCoNiCr高熵合金涂层组织结构及腐蚀性能的影响EI北大核心CSCD

针对激光熔覆高熵合金涂层的成分设计已有较多探究,但激光工艺参数对涂层结构与性能的影响尚缺乏系统研究。采用激光熔覆技术在316L不锈钢基体表面制备Fe Co Ni Cr高熵合金涂层,系统探究激光功率(1.2~2.0 kW)对Fe Co Ni Cr高熵合金涂层的组织结构以及耐腐蚀性能的影响规律。不同激光功率制备的Fe Co Ni Cr涂层均由典型的单一面心立方结构(FCC)组成,但随着激光功率的增大,涂层逐渐出现择优取向。Fe Co Ni Cr涂层呈现典型的双层组织结构特征,底部为柱状晶,顶部为等轴晶,但随着激光功率增加,顶部等轴晶逐渐向柱状晶转变。随着激光功率的增加,Fe Co Ni Cr涂层混合熵值逐渐下降。Fe Co Ni Cr涂层具有优异的耐腐蚀性能,但随激光功率的增加而逐渐减弱。其中,当功率为1.2 kW时,涂层的自腐蚀电流密度最小,自腐蚀电压最大且涂层表面无腐蚀坑,具有最佳的耐腐蚀性能,优于316L基体以及Stellite6和Ni60等常规激光熔覆涂层。通过优化激光功率获得具有良好耐腐蚀性能的激光熔覆Fe Co Ni Cr高熵合金涂层,可对该类涂层的开发、制备和应用提供一定的理论指导和技术支持。     

激光选区熔化AZ91D镁合金的微观组织与力学性能

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)制备了AZ91D镁合金试样,研究了成形过程中体能量密度对AZ91D试样的影响,采用光学显微镜(OM)、主要扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等方法,对SLM AZ91D合金的微观组织、物相和力学性能进行分析。结果表明,在功率为130 W、扫描速度为300 mm/s、体能量密度为144.44 J/mm³时,所得试样的致密度最佳。SLM AZ91D试样中存在α-Mg、β-Mg₁₇Al₁₂两相,并且熔池边缘由蜂窝状的等轴晶和柱状晶共同组成,与铸态AZ91D试样的微观组织和力学性能进行对比,SLM AZ91D试样的晶粒更细小(平均晶粒尺寸约为1.013μm),且显微硬度(97.10HV_0.1)及抗拉强度(316 MPa)均高于铸造态AZ91D试样(76.61HV_0.1;208 MPa)。     

电子束选区熔化增材制造TiAl合金的高温硬度及氧化行为研究

钛铝合金是航空航天领域具有广阔应用前景的轻质高温合金,电子束选区熔化（EBM）增材制造技术是制备复杂结构TiAl合金有效途径,但目前对其高温性能研究较少。本文重点研究了电子束选区熔化增材制造Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的显微组织、高温硬度及其高温氧化行为。结果表明,EBM成形Ti-48Al-2Cr-2Nb合金呈现出由等轴γ晶粒和双相区组成的独特层状组织;在800 ℃下恒温氧化100 h,表现出较低的氧化速率常数,形成的氧化膜主要由TiO2、Al2O3及TiO2 / Al2O3混合交替层组成,抗氧化性能优于传统方法制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb合金和其他TiAl合金。此外,900℃以下,该合金具有良好的高温硬度,显微硬度随温度的升高未发生明显的下降趋势。     

低压直流电弧等离子体传热与流动的数值模拟

根据低压等离子体喷涂所使用的F4-VB喷枪结构,建立了三维稳态湍流模型,采用Fluent软件对104 Pa低压条件下等离子体喷涂过程中等离子体的温度、速度和压强分布进行了模拟。结果表明:阴极尖端附近的等离子体温度达到最高值29 000K,随后温度降低。等离子体速度在喷枪内急速上升,离开喷枪出口约0.01m时达到最大值6 100m/s,随后速度降低。等离子体在距离喷枪出口附近约0.07m以内经历了膨胀和压缩过程,等离子体的膨胀和压缩对速度和温度的变化有显著影响。     

基于响应面优化法激光选区熔化AlMgScZr研究

铝合金因其轻质、高强而被广泛应用于国防建设及航空航天等领域中,而激光选区熔化(SLM)技术在复杂结构零件的制造上具有很大的优势.采用SLM技术制备AlMgScZr合金,通过响应面优化的方法对其工艺参数进行了优化,得到了相对密度为99.11%、抗拉强度为333 MPa、屈服强度为282 MPa、延伸率为16%和显微硬度为119.5 HV_(0.05)的AlMgScZr铝合金试样.同时,研究了热处理对SLM制备的AlMgScZr试样拉伸性能的影响.结果表明,经过350℃保温6 h,在氩气气氛中冷却后经热处理制备的试样的抗拉强度升高到561.9 MPa,屈服强度提高至546.8 MPa,延伸率为5.2%.通过响应面参数优化得到了性能优异的高强度铝合金,为SLM制备AlMgScZr合金的应用提供了理论参考.