选区激光熔化工艺参数对气雾化 316L不锈钢粉末成形制品性能的影响

本研究系统考察了激光功率和扫描速度对316L不锈钢粉末选区激光熔化工艺成形熔道、制品微观组织及力学性能的影响,并分析了各类缺陷的形成原因。研究结果表明:在低激光功率和高扫描速度条件下,熔道中出现了大量球状颗粒,这些颗粒之间的空隙恶化了下一层粉末的熔化条件,这正是成形制品中熔道分布混乱以及孔洞、裂纹产生的根本原因,进而导致成形制品力学性能降低;在高激光功率和低扫描速度条件下,熔池快速升温/冷却的热应力作用增强,使得成形制品的熔道交界处也存在孔洞和裂纹等缺陷。在本研究实验条件下,激光功率为350 W,扫描速度为1750 mm/s时,SLM成形制品的力学性能最为优异,其中抗拉强度为731 MPa、屈服强度为638 MPa、断后伸长率为40.0%,致密度为96.27%。     

激光能量密度对选区激光熔化(SLM)制品性能的影响及其机理研究

选区激光熔化(SLM)影响制品性能的工艺参数包括激光功率、扫描速度等,上述因素可统一为激光能量密度(Laser Energy Density,LED)表示,激光能量密度的大小直接决定粉末的熔化状态,并最终影响SLM制品的性能。本文采用真空气雾化制备的GH4169粉末作为原料,设计了激光能量密度不同的对比实验,探讨了激光能量密度对于SLM制品的影响;建立了激光能量输入熔化粉末的计算关系,通过理论计算进一步研究了激光能量密度变化对制品产生影响的机理。研究结果表明:激光能量密度对于SLM成形制品存在影响,对于同种粉末,在一定参数范围内,激光能量密度越大的制品,其密度及硬度相对更高,而对于参数不同,激光能量密度相近的制品,粉末的熔化效果接近,密度及硬度水平相当;SLM工艺的主要影响因素为激光功率,扫描速度及粉末粒度,且激光功率对粉末熔化的影响相对较大,故对于相同成分及粒度粉末的SLM工艺参数优化而言,应当优先确定合适的激光功率,再调整扫描速度。     

316L/碳化钒复合材料SLM成形性能强化研究

基于316L不锈钢粉末的选择性激光熔化(SLM)技术已经取得了较好的进展,对于成形件性能的改进多针对于SLM工艺参数的优化。为了进一步提升316L不锈钢成形件的机械性能,在原始316L不锈钢粉末中加入平均粒度为800 nm的碳化钒(VC)陶瓷颗粒,SLM成形后检测其机械性能。结果表明,添加了VC的316L/VC混合粉末成形后,VC固溶于基体中,成形件硬度提升约22.8%,屈服强度提升约33.8%,抗拉强度提升约45.3%,弹性模量提升约67.0%。由于孔隙率略有增加,伸长率降低约15.7%。     

激光粉末床熔融成形金刚石增强铝基复合材料

添加质量分数3%金刚石颗粒并利用激光粉末床熔融技术制备6061铝基复合材料。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子密度计、电子式万能试验机对3%金刚石/6061铝基复合材料的微观组织、相对密度和拉伸性能进行了表征与分析。结果表明：金刚石与Al基体反应生成了针状Al₄C₃相,并沉积在α-Al基体上,导致晶界位错密度增加,强度提高,抗失效能力增强。金刚石的添加促使6061铝基体中热裂纹消失,但存在孔洞缺陷。较低的扫描速度增加了激光光斑与被加工材料接触的时间,导致金刚石颗粒部分石墨化,铝基体部分蒸发,进而形成内部缺陷,降低了复合材料的相对密度(97%)。金刚石的加入显著提高了激光粉末床熔融技术成形金刚石/6061铝基复合材料的抗拉强度,当激光功率为350 W、扫描速度为800 mm·s^-1时,复合材料的极限抗拉强度达到最大值244.2 MPa,屈服强度211.6 MPa,伸长率2.1%。     

ZrO2/不锈钢不同电导率复合材料的设计和制备

针对普通材料无法同时兼顾导电性能与力学性能这一问题,以316L不锈钢粉末和ZrO₂粉末为原料,采用真空热压烧结的方法,制备了具有梯度特征的ZrO₂/316L复合材料,其中316L不锈钢粉末的体积分数分别为50%、60%、70%、80%、90%,对复合材料的表观形貌和性能进行观察测试。结果表明,当烧结温度为1 300℃,316L体积分数为50%时,该复合材料属于陶瓷基复合材料。当体积分数增大至60%后,复合材料开始形成316L骨架,并且随着316L体积分数的增加,其内部的不锈钢形态由弥散分布的独立球形转变为成片的连结状,最终变成金属基复合材料。复合材料的硬度和电阻率均随316L体积分数的增加而降低。     

球形MoRe14合金粉末激光选区熔化3D打印的工艺适配性

采用激光选区熔化3D打印技术制备了MoRe14合金制件。研究了激光扫描速度、激光功率对MoRe14合金组织及内部缺陷的影响。研究结果表明,采用激光选区熔化3D打印技术制备的MoRe14合金样品内部有明显的裂纹和孔洞存在。随着激光功率的升高或激光扫描速率的下降,激光能量密度提高,粉末颗粒间熔合更加紧密,样品内部孔隙减少,致密度提高,但是样品内容仍然存在一定孔洞、裂纹等缺陷。打印采用粉末冶金法制备的球形MoRe14合金粉末,激光功率为180 W,扫描速率为900 mm/s,扫描间距为0.07 mm时,MoRe14样品致密度最高,密度为10.6 g/cm³,相对密度为96.4%。     

Mo对TiC/316L不锈钢复合材料组织和性能的影响

为了提高TiC/316L不锈钢复合材料的力学性能,在TiC/316L复合粉末中添加不同质量分数的Mo元素,采用粉末冶金法制备TiC/316L不锈钢复合材料.通过对复合材料的显微组织分析,拉伸、摩擦磨损等力学性能的测试,研究Mo含量对复合材料的组织和性能的影响.结果表明,Mo的添加有利于复合材料的组织均匀化,从而提高复合...     

基于选择性激光熔化的微多孔表面成形工艺研究北大核心

微多孔表面能够强化沸腾传热,具有广阔的工业应用前景,采用选择性激光熔化(Selective laser melting,SLM)成形微多孔表面是一种新型微多孔表面制造方法。主要研究了在SLM过程中扫描间距和激光功率对316L不锈钢粉末成形微多孔表面结构的影响。结果表明:0.3~0.5 mm扫描间距成形的微多孔表面的孔隙为规则通孔,且孔内壁存在大量粉末粘结,可形成大量潜在汽化核心;采用180~240 W激光功率和0.2~0.5 mm扫描间距,可获得水力直径为78.9~410.5μm、孔隙率为11.6%~50.2%的微多孔表面。采用去离子水进行沸腾传热实验,240 W激光功率、0.5 mm扫描间距成形的微多孔表面的起始沸腾温度为104℃,临界热流密度为150 W/cm^2,具有明显的沸腾传热强化效果。     

表面处理对316L不锈钢粉末注射成型性能的影响

以聚乙二醇/环氧树脂(PEG-EP)为粉末表面改性剂，聚甲醛系树脂(POM)为粘结剂体系，混炼制备316L不锈钢粉末注射成型喂料，并通过硝酸催化脱脂后烧结得到316L烧结样品。通过傅里叶红外光谱仪、扫描电子显微镜、接触角测量仪、旋转流变仪、万能材料试验机、金相显微镜、碳硫分析仪、显微硬度计等研究了PEG-EP对316L不锈钢粉末的包覆效果以及PEG-EP表面处理对316L不锈钢粉末注射成型喂料和烧结样品性能的影响。结果表明，PEG-EP成功包覆在316L粉末表面，改善了316L不锈钢粉末与聚甲醛的界面相容性，提高了喂料流动的性能、生坯的力学性能和烧结样品的力学性能及硬度。当添加PEG-EP质量分数为0.662%、粉末装载量(体积分数)为63%时，316L注射生坯的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度分别为10.57 MPa、8.38%、21.24 N·(mm²)^-1；烧结样品晶粒尺寸为50.8μm，最大抗拉强度和维氏硬度为688 MPa和HV 151，烧结样品的综合性能最佳。     

激光选区熔化Ti6Al4V合金的工艺参数优化

孔洞、未熔粉、裂纹是在激光选区熔化制备试样过程中常见的缺陷,迄今为止,大量研究均集中在减少缺陷上,关于工艺参数对缺陷影响的研究较少。本文系统研究了工艺参数对激光选区熔化Ti6Al4V合金相对密度、表面粗糙度、力学性能的影响。结果表明,低激光功率、高扫描速度和高层厚将会引起不充分的粉末熔化以及球化效应。最佳工艺参数为激光功率200 W,扫描速度500 mm/s,层厚10 μm,扫描间距105 μm。在该参数下,试样的抗拉强度1077 MPa,屈服强度907 MPa。     

选区激光熔化成形工艺参数对Fe20Cr5Al合金致密度和力学性能的影响

采用选区激光熔化(selective laser melting, SLM)成形技术进行3D打印,制备用于汽车尾气净化器载体的Fe20Cr5Al合金材料,采用响应曲面实验设计,系统研究打印参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)与打印件致密度的关系,获得SLM成形参数与致密度的关系模型以及成形参数与力学性能的关系模型,并获得最佳的SLM成形工艺参数。结果表明,SLM工艺参数对打印件致密度的影响程度按从大到小依次为激光功率、扫描速度、扫描间距;最佳的SLM成形工艺参数为:激光功率314.8 W、扫描速度1 700 mm/s、扫描间距0.06 mm,在此工艺参数下相对密度的预测值为99.74%,这与SLM成形实验结果的平均误差仅为0.16%,模型具有较高的可靠性,在优化工艺参数下的平均实际相对密度达到99.58%,抗拉强度为616.44 MPa,伸长率为1.513%。     

激光功率对激光熔覆CeO_2改性316L涂层组织与性能的影响

针对海洋所需316L不锈钢在长期工作中,受海洋潮湿气候的影响,会发生严重腐蚀,从而影响船体正常工作的情况。拟采用激光熔覆的方式提高其表面性能,采用HGL-6000型CO_2气体型激光器在316L不锈钢表面熔覆一层通过添加CeO_2改性的316L粉末。通过将激光熔覆功率设置为2700,3000,3300 W来研究激光功率对熔覆层组织结构、硬度以及耐蚀性能的影响。分别用TK-C1381型金相显微镜(OM)和Zeiss-ΣIGMA HD型场发射扫描电子显微镜(SEM)进行显微组织的分析,采用HVS-1000型数显显微硬度计测量阶梯硬度,通过电化学装置测量极化曲线以及阻抗谱。实验结果表明:激光功率未改变熔覆层结构只影响熔覆层晶粒的尺寸变化,晶粒尺寸随激光功率的增大呈现先减小后增大的趋势,且当功率为3000 W时,晶粒最为细小。同时熔覆层硬度和耐蚀性也呈先增大后减小的趋势,激光熔覆功率为3000 W时,熔覆层硬度、耐蚀性等各项性能均为最优。     

Cu-Cr-Nb合金选区激光熔融工艺参数优化

采用选区激光熔融(SLM)对氩气雾化Cu-1.93Cr-0.74Nb(摩尔分数)合金粉末进行成形,研究激光功率、扫描速率和扫描间距等工艺参数对试样相对密度、熔池形貌和微观结构的影响。结果表明,SLM工艺参数对Cu-1.93Cr-0.74Nb合金相对密度、冶金缺陷和显微组织的影响呈现非线性关系。当激光功率由300 W上升至400 W时,或扫描速率由500 mm/s上升至1 100 mm/s时,成形件相对密度先升高后降低,孔洞数量和尺寸也呈现出类似的变化规律。相对密度与熔池道的连续性、孔洞数量和尺寸等密切相关。最优参数为激光功率330 W、扫描速率800 mm/s和扫描间距0.1 mm,所制备的Cu-1.93Cr-0.74Nb合金的相对密度达到99.3%,具有以大尺寸晶粒为中心,边缘分布着细小晶粒构成的双峰尺寸晶粒核壳结构和强{110}织构。织构指数和织构强度分别为9.319和7.812。     

表面活性剂对MIM316L不锈钢粉末制备性能的影响

采用高压水气联合雾化工艺,在雾化水中加入适量表面活性剂,制备了MIM用超细316L不锈钢粉末,研究了表面活性剂对粉末雾化制备的影响。结果表明:表面活性剂的加入会一定程度地影响粉末的振实密度、粒径和粒度分布及表面形貌等。其中,十二烷基硫酸钠(SDS)能有效降低粉末颗粒粒径和提高振实密度,当SDS用量为1%(质量分数)时,粉末颗粒的中位径由10.33μm降低到8.76μm,振实密度可由4.16 g/cm3提高到4.65 g/cm3,且得到的不锈钢粉末分散均匀,颗粒表面光滑且呈类球形。粉末制成喂料,经注射成形及脱脂烧结后,样品指标均达到美国MPIF标准,当烧结温度为1 380℃时,烧结密度和硬度分别为7.85 g/cm3、70 HRB。经此工艺制得的316L不锈钢粉末,性能达到国内先进水平。     

工艺参数对SLM成型GH4169合金微观组织和残余应力的影响

在增材制造中,成型工艺参数是影响高温合金微观组织和性能的重要因素。针对GH4169合金,设计了基于激光功率、扫描速度、扫描间距等变量的15组工艺参数,采用选区激光熔化技术（SLM）制备了相应的合金试样,研究了不同工艺参数对试样致密度、微观形貌和残余应力的影响。利用JMP软件建立了工艺参数对试样致密度影响的数学模型,并确定了主要的影响因素。结果表明,扫描速度对致密度的影响最大,其次是激光功率和扫描间距。成型试样的致密度均在99.40%以上,最大可达到99.98%。当激光功率为222 W或扫描速度为1 190 mm/s时,更容易产生未熔合缺陷。当激光功率为403 W或扫描速度为573 mm/s时,由于局部温度过高和反冲压力的升高,容易产生气孔、匙孔等缺陷。试样表面的残余拉应力随着激光功率的增加和扫描速度的降低而增大,残余拉应力的最大值为853 MPa。     

3D打印金属材料中孔隙率的影响因素和改善方法

选区激光熔融技术是精细激光快速成形技术领域中最具发展潜力的金属3D打印技术之一, 但在快速成形过程中的急速加热和快速凝固导致材料出现孔隙、裂纹等缺陷。本文介绍了对选区激光熔融技术制备金属材料孔隙率的影响因素, 包括激光功率、扫描速率、环境气氛、纳米粉末复合掺杂等; 讨论了降低孔隙率的后处理方法, 如热处理、塑性变形等, 旨在研究对3D打印金属材料孔隙率的影响规律, 从而获得性能优良的打印材料。     

铜包覆石墨烯增强316L奥氏体不锈钢力学性能研究

采用分子水平混合和低速球磨的方法制备铜包裹石墨烯/316 L不锈钢复合粉体,通过放电等离子烧结制备石墨烯增强316 L奥氏体不锈钢复合材料,研究铜及石墨烯对复合材料密度、硬度和拉伸性能的影响,并对拉伸断口形貌进行了分析.结果表明:通过分子混合和球磨混合可制备铜包裹石墨烯与不锈钢均匀混合的复合粉体.烧结过程石墨烯结构保持完整.铜包裹石墨烯增强体可明显改善烧结不锈钢复合材料的密度、硬度、抗拉强度和屈服强度,使其分别提高3.6%、17.4%、35.8%和34.5%.     

选区激光熔化成形Al-Ce-Sc-Zr合金的工艺优化与组织性能

以气雾化Al-10Ce-0.4Sc-0.2Zr(质量分数)预合金粉末为原料,采用选区激光熔化(selective laser melting,SLM)法制备Al-Ce-Sc-Zr合金。通过光学显微镜和室温拉伸实验等研究激光功率和扫描速度对合金致密度与力学性能的影响,优化工艺参数;并采用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜等研究最佳工艺参数下SLM成形的合金共晶组织形貌、物相组成和晶粒尺寸等。结果表明,激光功率和扫描速度跟合金致密度和力学性能之间呈非线性关系;随激光能量密度升高,合金致密度和力学性能先上升后下降。在激光功率为350 W、扫描速度为2 000 mm/s的最优参数下成形的Al-Ce-Sc-Zr合金,致密度达到99.92%,抗拉强度和屈服强度分别为(441±3) MPa和(370±18) MPa,伸长率为(9.4±0.9)%。SLM成形Al-Ce-Sc-Zr合金具有柱状晶和等轴晶交替分布的晶粒组织,晶粒取向较随机,不存在明显的织构。合金由α-Al和Al₁₁Ce₃相组成,Sc、Zr原子主要以固溶的形式存在于α-Al中,共晶Al_11...     

ARZ陶瓷颗粒增强316L不锈钢复合材料的制备及性能

采用粉末冶金工艺制备了Al₂O₃增强ZrO₂(alumina reinforced zirconia,ARZ)陶瓷颗粒增强316L不锈钢(316L不锈钢/ARZ)复合材料，研究了ARZ陶瓷颗粒体积分数对316L不锈钢/ARZ复合材料的微观组织、相对密度、硬度、耐磨性的影响。结果表明：当ARZ陶瓷颗粒体积分数为20%时，复合材料的相对密度达到97.53%，与不锈钢基体相当；继续加入ARZ陶瓷，陶瓷颗粒发生团聚降低了复合材料相对密度。316L不锈钢/ARZ复合材料的硬度随着ARZ陶瓷颗粒体积分数的增高而增大，当ARZ陶瓷颗粒的体积分数为60%时，复合材料的硬度达到最大值HRB 96.8。复合材料耐磨性优于不锈钢基体，其中含有体积分数为60%ARZ陶瓷颗粒的复合材料体积磨损率较基体减少了4.2倍；随着ARZ陶瓷颗粒含量的增加，复合材料的耐磨性提高，复合材料的磨损机理主要为316L不锈钢的剥落。     

等离子球化钼粉 3D 打印工艺适配性研究

由于钼的熔点高,利用3D打印加工钼制品较为困难,目前相关研究较少。为了深入了解3D打印钼制品,本文对激光功率及扫描速率对钼制品性能及内部缺陷的影响展开研究。研究发现,随着激光功率的升高、扫描速率的下降,激光能量密度逐渐升高,钼颗粒之间粘结效果变好,钼制品较为致密。但是,在选择性激光熔化过程中,样品内部还会产生封闭孔洞、裂纹等缺陷,对样品性能产生不利影响。经过比较,以等离子球化钼粉为原料,激光功率100W,扫描速率500mm/s,间距0.08mm作为3D打印的参数,制得的钼制品性能最优,其密度为9.82g/cm~3,相对密度为96.27%。