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.     

激光能量密度对SLM成形316L不锈钢表面完整性的影响

采用激光选区熔化(Selective Laser Melting, SLM)技术成形制备316L不锈钢试样,探索了不同激光能量密度对金属增材制造成形质量的影响规律。选取激光功率、扫描间距、扫描速度和铺粉厚度等工艺参数,设计了正交试验,分析了激光能量密度对试件侧表面的表面粗糙度、维氏硬度、致密度、残余应力及表面形貌的影响规律。结果表明,随着激光能量密度的增大,试件侧表面的表面粗糙度与维氏硬度呈现先减小后增大的趋势,致密度和残余应力呈现先增大后减小的趋势,在激光能量密度为70.37 J/mm³时试件表面质量最佳,即最优工艺参数为激光功率P=190 W,扫描速度v=750 mm/s,铺粉厚度h=0.03 mm,扫描间距d=0.12 mm。     

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.     

激光功率和扫描速度对选区激光熔化成形TC4钛合金组织和性能的影响

采用选区激光熔化工艺成形TC4钛合金试样,研究了激光功率(50～300 W)和激光扫描速度(250～1750 mm·s-1)对试样组织和性能的影响.结果表明:随着扫描速度的降低或激光功率的增大,试样成形质量提高,表面粗糙度减小,纵截面硬度增大;试样组织中均存在针状α'相和纳米级β相,较高扫描速度下的α'相尺寸较小,β相...     

激光增材制造成形316L不锈钢的研究进展

激光增材制造技术具有快速成形复杂形状零件的优势,近年来得到广泛关注。介绍了定向能量沉积和选区激光熔化2种激光增材制造技术,从常见缺陷、组织及织构、力学性能等方面综述了激光增材制造成形316L不锈钢的研究进展,分析了当前激光增材制造成形316L不锈钢存在的问题,并对其发展前景进行了展望。     

沉淀硬化型不锈钢的选区激光熔化成形研究

采用选区激光熔化工艺成形沉淀硬化型不锈钢材料,并对成形样件的组织和常规力学性能进行了研究。金相分析显示,不锈钢基体主要为马氏体组织,基体上伴有一些沉淀相析出,晶界附近有细小均匀的合金碳化物,分析结果很好地解释了成形样件的力学性能指标为何优于一般锻件。在夹杂物测定方面,成形工艺处于密闭腔内,很少引入杂质元素,样件十分纯净。     

电子束选区熔化成形316L不锈钢的工艺研究

电子束选区熔化是一种利用电子束逐层熔化金属粉末制造三维实体零件的增材制造技术,在航空航天、医学植入体等领域有很好的应用前景。利用316L不锈钢粉末为材料,研究粉末熔化阶段电子束功率恒定、单遍扫描对成形件上表面粗糙度的影响。发现电子束功率P与扫描速度v的比值是影响上表面形貌的关键因素,随着P/v值的增加,上表面形貌由网结状变化为沟壑状,同时粉末材料的飞溅增加。研究上表面形貌随成形高度增加而演变的过程,发现形貌随高度增加不断恶化,并解释了形貌恶化的原因。提出电子束功率递增、多遍扫描的方法,先用低功率电子束使粉末材料熔化聚球但不飞溅,再用大功率电子束使材料重新熔化并充分流动、浸润。这种方法改善了成形件上表面的形貌,表面粗糙度Ra小于8 μm,获得的组织均匀细密,致密度高达99.96%。相对于单遍扫描,多遍扫描不会造成主要元素的额外烧损。     

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。     

选区激光熔化成形316L不锈钢零件中的缺陷及形成机理研究进展

选区激光熔化(SLM)是目前应用最广泛的金属增材制造技术之一。SLM成形零件中不可避免会产生许多缺陷,包括孔隙、表层粉末球化、裂纹等;缺陷的形成不仅会影响成形过程的顺利进行,也会破坏零件内部完整性,降低零件的服役性能。对SLM成形316L不锈钢零件中孔隙、表层粉末球化、裂纹3种缺陷的主要特征进行了综述,对这3种缺陷的形成机理和影响因素进行了总结,提出了控制缺陷的主要措施,最后给出了今后的研究方向。     

激光扫描速度对304不锈钢薄板组织和性能的影响

研究了在5k W激光功率下,激光扫描速度对304不锈钢薄板搭接接头组织和性能的影响。实验结果表明,焊缝区出现分层现象,层界存在着向两侧层中心延伸的树枝晶组织,层中心为细小的等轴晶。熔合线附近为树枝晶组织,垂直于熔合线向焊缝中心生长。不同扫描速度下,焊缝区的硬度均低于母材硬度,随着扫描速度的提高,焊缝区的硬度值趋于稳定,焊缝中心的硬度值,呈现下降趋势。扫描速度不同,焊接接头强度也不同,扫描速度为72mm/min时,焊接接头的抗拉强度接近于母材的强度。     

316L粉末间接激光烧结的工艺参数对温度场的影响

提出了一种新的热物性参数计算方法,以有限元分析软件ANSYS为平台,利用参数化设计语言APDL语言编写程序,对316L不锈钢粉末与PA6粉末的混合粉末激光烧结的温度场进行了数值模拟.通过工艺参数的对比分析,找到了合适的工艺参数.研究了激光功率和扫描速度这两个工艺参数.对研究金属粉末间接法激光烧结的温度场具有参考价值.     

氮对316L不锈钢焊缝力学性能的影响

为研究氮对316L不锈钢焊缝力学性能的影响,采用不同氮质量分数的三种自行研制的焊丝,分别对几组316L不锈钢试板进行钨极氩弧焊(Tungsten inert gas,TIG)焊接,焊后通过金相显微镜和扫描电镜分别观察并分析相应的焊缝组织,采用磁性法测量焊缝的铁素体的质量分数,并对焊缝的拉伸性能、冲击性能等力学性能进行测试。从氮的固溶和焊缝组织的变化等方面综合分析氮对316L不锈钢焊缝力学性能的影响。结果发现,随着氮质量分数的增加,焊缝奥氏体组织明显粗化,铁素体质量分数呈下降趋势;焊缝强度有所提高,且氮质量分数由0.011%增加到0.081%时焊缝强度的平均提高程度小于氮质量分数由0.081%增加到0.10%时焊缝强度的平均提高程度;另外,焊缝的塑性及冲击韧度均有所降低。     

316不锈钢粉末直接激光烧结的球化效应

采用直接金属激光烧结的方法,对316不锈钢粉末进行了一系列激光烧结实验。实验发现,由于液相粘度较高、表面张力大以及熔体材料不浸润固相颗粒和基板等因素的影响,导致烧结过程中出现球化现象。球化的出现,一方面导致形成球形的液滴表面和不连续的烧结线,妨碍下一粉末层的铺放,不利于烧结的顺利进行,严重时还将会导致无法烧结成形;另一方面也使得烧结层留有大量孔隙,强度很低,成形质量不高。分析了316不锈钢粉末球化效应产生的原因,讨论了工艺参数对316不锈钢金属粉末烧结成形的影响。     

316L不锈钢扩散焊接头高温蠕变性能

以非标准持久试样进行了316L不锈钢扩散焊接头蠕变与持久试验。采用θ函数法描述和预测了316L不锈钢扩散焊接头蠕变曲线,并由θ函数法计算了最小蠕变应变速率和接头在6MPa,550℃条件下蠕变应变达到0.2%时的使用寿命,并将蠕变应变0.2%作为以316L不锈钢为母材的扩散焊构件高温结构设计标准。由持久试验结果可知,θ函数法与Larson-Miller法外推的316L不锈钢直接扩散焊接头蠕变断裂时间较为一致。     

选择性激光熔化成形TC4钛合金开裂行为及其机理研究

裂纹是选择性激光熔化(Selective laser melting, SLM)成形Ti6-Al-4V(TC4)钛合金过程中最常见、破坏性最大的一种缺陷。采用逐行交替的扫描策略制备TC4钛合金试样,利用扫描电子显微镜及X射线能谱分析等检测方法,研究SLM成形TC4钛合金过程中裂纹的开裂行为及其形成机理。结果表明,SLM成形TC4钛合金所产生的裂纹为冷裂纹,具有典型的穿晶开裂特征。采用逐行交替扫描策略成形的TC4钛合金,其组织为网篮状马氏体组织。SLM成形过程中高温度梯度导致制件内部存在较高的残余应力,抗裂强度较差的马氏体组织在残余应力的作用下而产生裂纹,粗大的裂纹最终分解为较小的裂纹而终止扩展。进一步分析认为,通过调整成形工艺参数,可以改变制件组织,同时削弱残余应力,从而达到减弱或消除裂纹的目的。