激光直接烧结成形金属零件的试验研究

激光直接烧结成形技术是在激光熔覆技术和快速原型及制造技术的基础上发展起来的一项先进的制造技术,其发展趋势是直接制造金属零件.本文采用Ni基和Co基合金粉末进行了激光烧结实验,利用激光烧结直接成形工艺进行了单道烧结试验,研究了不同工艺参数对成形性和表面质量的影响规律,同时使用SEM分析了单道涂覆层的组织特征,并得出获得致密组织较为理想的激光烧结工艺参数.     

Fe-C混合粉末激光烧结成形致密度分析

分析了金属粉末激光选区烧结成形过程致密化机制。选择不同的参数对Fe-C混合粉末进行了激光烧结成形实验,根据烧结件微观结构分析了金属粉末的致密化机制,根据致密度数据分析成形参数与致密度的关系建立了数学模型。结果表明,Fe-C混合粉末在低功率激光作用下部分粉末熔化形成液相,在液相的参与下粉末通过重排、溶解沉淀导致致密化。成形参数对致密度的影响归结于烧结过程中产生的液相量,激光功率的增加、扫描间隔的减小、扫描速度的降低和切片层厚的减少都会提高烧结件的致密度。     

铜基金属粉末选区激光烧结的工艺研究

优化工艺参数（激光功率275～1125W，扫描速率0．04～0．06m／s，扫描间距0．15～0．30mm），对多组份铜基金属粉末（组份包括纯Cu，预合金CuSn和预合金CuP）进行了选区激光烧结（SLS）实验，其成形机制为粉末部分熔化状态下的液相烧结机制。在保证适宜的成形机制的前提下，研究了激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等工艺参数对烧结组织及性能的影响。结果表明，适当增加激光功率或减小扫描速率能改善烧结致密度及组织连续性。减小扫描间距致使烧结线从断续分布连续转变为较为平整的结合状态，组织致密性及均匀性显著提高。减小铺粉厚度有利于改善层问结合性；但最小铺粉厚度需适当选择，否则会因凝固收缩效应及铺粉不均匀性而降低烧结致密度。     

激光选区烧结Ni基金属粉末的熔凝特征

研究了激光选区烧结Ni基金属粉末的熔凝特征。研究发现熔池形状对烧结成形件的凝固特征有重要的影响 ,实验结果表明 ,烧结成形材料呈多层结构 ,且在每一层中显微结构的形貌和成分分布又是不均匀的。并探讨了激光动态烧结成形这种组织结构的基本机制     

激光烧结DZ-Ni60AA粉末成形的工艺研究

主要介绍利用激光直接快速成形技术进行单道烧结DZ-Ni60AA粉末成形的工艺,包括实验系统组成及其改进.通过对单道烧结表面形貌的分析可知,激光烧结层的质量与功率密度、能量密度等工艺参数密切相关,不同的工艺参数将产生不同的表面形貌.利用正交实验设计法确定了工艺参数对成形件表面形貌的影响程度.     

脉冲激光熔覆Ni60合金粉末的试验研究

采用脉冲Nd:YAG激光器对Ni60合金粉末进行了单道单层、多道单层的熔覆工艺试验研究.采用单因素试验方法,研究了激光工艺参数(激光功率、扫描速度、离焦量等)对熔覆层尺寸的影响,从而得到了单因素条件下最佳的工艺参数.同时对所形成的熔覆层进行金相组织分析,结果表明: 所形成的熔覆层与基体为良好的冶金结合; 内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成且组织均匀、致密; 熔覆层硬度最高达823HV(为基体材料硬度的3～4倍),为激光快速成型零件提供了应用基础.     

选区激光熔化不同层厚镍的热特性与机械性能

为解决商用选区激光熔化设备制作散热器生产效率低的问题并使之保持良好的散热特性与机械性能,采用纯Ni粉末进行不同层厚选区激光熔化成形获得了高效制作、性能良好的样品。从致密度、金相显微组织、热特性、机械性能等方面展开研究,一定范围内增加层厚能够提高成形效率并且保证成形样品的热特性与机械性能。超过激光可烧结的层厚阈值时,烧结轨迹为球化线。在可烧结层厚范围内,改变工艺参数能使成形体均接近完全致密。层厚由20μm增加至40μm,初始枝晶间距由305 nm增至639 nm。热导率由20μm时的99.28 W/K·m降低至40μm成形时的92.48 W/K·m。25℃~100℃时,40μm层厚成形体热膨胀系数由11.02×10~(-6)m/(m·℃)升至12.9×10~(-6)m/(m·℃),低于对应温度区间内20μm层厚成形体热膨胀系数由11.42×10~(-6)m/(m·℃)升至13.4×10~(-6)m/(m·℃)。20μm层厚与40μm层厚成形试样的拉伸强度均远高于国标锻压件。应用选区激光熔化技术成形散热器,采用40μm层厚成形的生产效率比20μm层厚成形提高34.6%。     

304L不锈钢粉末选择性激光熔化成形的致密化与组织

采用不同的工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间隔、铺粉层厚)对304L不锈钢粉末进行了选择性激光熔化(SLM)成形实验.利用密度测试、金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对成形件的密度与微观组织进行了分析.结果表明:高的激光功率、低的扫描速度、窄的扫描间隔和低的铺粉层厚有利于成形件的致密化;304L不锈钢粉末SLM成形的致密化过程可用致密化方程表示,随着能量密度的增加,相对密度也随之增加;304L不锈钢的SLM成形过程具有较大的过冷度和冷却速度,热流方向变化复杂,晶粒沿各个方向形核生长,且生长又不断被抑制,从而形成沿各个方向错综排列的、细小的柱状晶和胞状晶组织.     

5CrNi4Mo模具钢选区激光熔化增材制造组织演变及力学性能研究

利用选区激光熔化(SLM)增材制造技术成功制备了5Cr Ni4Mo模具钢试件,研究了激光成形5Cr Ni4Mo模具钢的相变过程及其机制,分析了激光线能量密度η(激光功率与扫描速度之比)对SLM成形件致密度、显微组织和力学性能的影响规律。研究表明:过高的η(387.5 J/m)引起球化效应,使得成形件内部含有残留孔隙,成形致密度降低;过低的η(155.0 J/m)导致熔体润湿性较低,成形致密度较差。将η优化为258.3 J/m时,成形试件加工缺陷减少,成形致密度提升到98.12%。激光加工的快速冷却作用易导致马氏体相变;原始粉末中的Mn、Ni、Cr等合金元素可以增加过冷奥氏体的稳定性,降低马氏体临界冷却速度,从而确保了马氏体转变的顺利进行;随着η的降低,马氏体组织发生明显的细化。当η=193.8 J/m,成形试件具有较高的显微硬度(689.5 HV0.2)、较低的摩擦系数(0.44)和磨损率[2.3×10~(-5)mm~3/(N·m)]。     

CuCrZr合金选区激光熔化成形工艺与力学性能研究

为获得结构致密的CuCrZr合金部件,通过响应曲面和方差分析相结合的方法,探究选区激光熔化主要成形工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距和铺粉层厚)对合金化CuCrZr粉末成形致密度的影响规律,并对其显微组织、物相和力学性能展开分析。结果显示：激光功率是最主要的影响因素,增大激光功率可显著提高成形致密度;在铺粉层厚0.02 mm,激光功率170 W,扫描速度300 mm/s,扫描间距0.04 mm的工艺组合下,获得最高致密度为96.8%。在此工艺下成形出的CuCrZr合金试样屈服强度为(176.7±2.1) MPa,抗拉强度为(244.7±1.2) MPa,延伸率为29.4%±0.9%。     

激光直接快速成形金属零件的机理分析

以Cu粉和Sn粉的混合粉末为对象分析双组元金属粉末的激光烧结成形机理,分析了材料特性和工艺参数对成形机理的影响,设计了双组元金属粉末的烧结机理实验,并对实验结果进行了分析。     

利用“球化效应”激光制备球形粉末的研究

本文分析了激光扫描金属粉末中的“球化效应”,即粉末颗粒在激光束作用下瞬间升温熔化收缩并凝固成球形颗粒的行为,探索了利用“球化效应”将异形钛粉和青铜粉末转化为球形粉末的工艺条件。通过系统改变激光功率P、扫描速度V,以及选取合适的激光扫描间距,探明了球化过程及工艺参数的影响。研究表明,（1）金属粉末粒径d对球化过程具有决定性影响。对于确定的粉末粒径d,激光功率P存在一个临界值Pm（和与其对应的激光扫描速度Vm）,当满足条件P>Pm(V>Vm)才能发生球化;（2）金属粉末的球化能力可用球化因子K表示, K值的大小决定于金属粉末的直径、密度、导热性、熔点和激光吸收率等因素;（3）球化因子与激光参数之间满足关系式：V ＝KP,根据不同金属粉末的K值选取合适的P和V,可制备出较为理想的球形粉末。     

Ni(85)Al(15)系掺杂钨精矿粉不同激光功率引燃烧结合金组织及性能研究

在Ni(85)Al(15)粉末中掺杂1%(质量分数)的钨精矿粉末并压制成坯,对压坯进行激光点燃自蔓延烧结。利用XRD、SEM、硬度、磨损以及腐蚀测试等手段对烧结合金进行组织结构及性能表征。结果表明,在烧结过程中,压坯实现了自蔓延烧结。合金组织为α-Ni基体上弥散分布相,物相为NiAl、Ni3Al、WO3以及Al2O3;当功率为1100 W时,烧结合金硬度较大,达到30.7 HRC;合金的单位面积磨损量较小,为0.89×10-3g/mm2;当功率为900 W时,合金的维钝电流密度为1.15 mA/mm2,自腐蚀电位为-400 mV,钝化区间为-600~-1450 mV,在浓度为1 mol/L的H2SO4溶液中腐蚀性较佳。     

钨基合金激光立体成形的组织及性能研究

为了制备高性能、大尺寸钨合金零件,利用激光立体成形技术进行了前期探究实验,在大气环境下制备多种配比的W-Ni-Fe高比重合金力学拉伸试验件,通过测试抗拉强度、硬度,结合组织结构和成分配比的探究分析,发现其成形性及力学性能与传统的粉末冶金烧结工艺之间还存在着一定的差距。抗拉强度在W原子数分数为0.6时达到最大值717.5MPa,之后随着W原子数分数的增大反而明显减小,当W原子数分数在0.8以上时,强度已低于400MPa。样品存在孔洞和氧化现象,大量W未溶化,Ni和Fe元素越多,微观组织均匀性越好、成分偏析越小。结果表明,利用激光立体成形技术可对钨基合金堆积成形,但是实验工艺参量和实验环境仍需进一步改进。此研究可获得免受大气气氛影响和工艺参量限制的试样,为获得性能更好的高比重钨合金激光立体成形件提供了帮助。     

电场作用下金属元素对W-Cu合金快速烧结的影响

采用Gleeble—3500D热模拟机,在电场和大热流密度条件下,研究了金属元素(Fe、Co和Ni)对W-20%Cu合金电场快速烧结的影响。结果表明:经800℃烧结3min,可获得晶粒较细小、显微组织较均匀的烧结体;添加金属元素能有效抑制晶粒长大。质量分数为0.35%的Fe、Ni和Co分别使其平均晶粒尺寸由1.0μm减小到0.6,0.6和0.3μm。金属元素的加入,对烧结体的致密化和硬度不利。     

SiC纳米陶瓷粉末激光烧结成形试验研究

基于选择性激光烧结快速成型技术,利用CO2激光对纳米SiC粉体材料进行了激光烧结成型的试验.用X射线衍射、扫描电镜等分析了烧结层中纳米SiC的显微组织,同时对激光烧结过程及工艺参数的影响进行了探讨.研究结果表明,采用选择性激光烧结工艺参数,可以实现SiC陶瓷块体的烧结成型,烧结件内部组织保持纳米结构,材料晶粒尺寸基本不长大.烧结过程中SiC有分解反应,产生纳米Si和C.     

氮化硅的选区激光烧结成型研究

应用陶瓷粉末的选区激光烧结(SLS)成型原理,以氮化硅(Si3N4)和环氧树脂(EP)为材料,采用机械混合的方法制备SLS用Si3N4陶瓷粉末,测试其流动性和松装密度,进行选区激光烧结实验并制备试件。采用扫描电子显微镜观察烧结件的微观形貌,测试其三点抗弯强度。结果表明,优化Si3N4和EP粉末的粒径级配可有效增大铺粉密度、烧结件的致密度和强度。粉末粒径接近单层厚度时烧结件易发生移动和翘曲,粒径＜40 μm时,粉末易于粘附铺粉辊。