选区激光熔化铝基复合材料研究进展

铝基复合材料是一种重要的轻量化材料,其在服役环境中的腐蚀行为与设备的安全运行密切相关。选区激光熔化(SLM)技术为复杂结构铝基复合材料部件的近净成形与快速制造提供了新的技术途径。本研究从SLM技术的制备原理、SLM铝基复合材料的力学和耐蚀性能的研究进展等3个方面进行综述,并对SLM铝基复合材料未来研究方向进行展望。     

激光选区熔化颗粒增强钛基复合材料的抗压性能EI北大核心CSCD

采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)制备LaB_(6)颗粒增强钛基复合材料,研究不同激光能量密度下试样的致密化行为、显微组织、物相及其在准静态和动态冲击条件下的力学性能。结果表明:LaB_(6)颗粒的加入在一定程度上改变了材料的致密化行为,过高或者过低的激光能量密度均会降低试样的致密度。而增强颗粒的加入细化了基体材料的晶粒,钛合金的初始β晶粒及针状α晶粒的晶界有一定程度的弱化,从而导致复合材料的屈服强度和极限强度增加,但延展性降低,同时复合材料表现出明显的应变率强化效应。与SLM成型Ti-6Al-4V合金相比,复合材料在塑性段的应变硬化效应和失稳阶段的脆性断裂特征更显著,为激光增材制造高性能颗粒增强钛基复合材料的动态抗压性能优化提供理论基础。     

激光选区熔化增材制造吸收率的研究进展

在研究激光选区熔化增材制造过程中材料吸收率是一个具有科学和实际意义的问题,它不仅是工艺过程精确性仿真的前提条件,而且为所选用的金属粉末材料定义一组工艺条件,使其更适合于激光选区熔化成形。本文首先介绍了激光与粉末床相互作用机理,然后总结了激光选区熔化过程中吸收率的常用测量方法,并在此基础上综述了国内外学者运用不同方法研究吸收率的进展和比较分析了各种方法的特点及测量时的注意事项。此外,重点对可能影响吸收率的因素进行了详细分类和阐述。最后就当前的研究进展及所面临的主要问题进行归纳总结,对未来吸收率的研究进行了展望。     

选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展

选区激光熔化是一种使用聚焦高能激光束熔化粉末,逐层叠加成形零件的增材制造方法.选区激光熔化可以直接制备复杂结构零件和实现近净成形,能够方便地通过粉末预混添加或原位反应实现颗粒增强金属基复合材料的控形控性,具有独特的技术优势,受到广泛关注.本文综述了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究进展,总结了主要研究结果及存在的共性问题,并展望了选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料的研究方向和发展趋势.通过总结分析,指出选区激光熔化制备颗粒增强金属基复合材料时,聚焦激光作用下形成的高温微小熔池凝固时间短,远远偏离平衡状态,凝固过程复杂,增强颗粒与基体间冶金反应剧烈,容易熔化、分解和溶解并对基体特性产生影响,进而影响成形后的复合材料的宏观形貌和组织、性能.除增强体成分、颗粒形貌与尺寸、体积分数外,复合材料的性能还受激光功率、扫描速度、扫描间距、粉层厚度、成形气氛等工艺参数的影响,粉末特性与工艺参数之间的交互作用复杂.因此,考察工艺参数与粉末特性之间的交互作用关系,系统研究增强体颗粒特性与成形工艺参数对复合材料宏观形貌、致密度、缺陷、组织和性能的影响规律,是实现复合材料组织结构设计和性能调控的基础.     

选区激光熔化3D打印钛合金及其复合材料研究进展

选区激光熔化(SLM)3D打印技术作为近年来快速兴起的增材制造技术,在航空航天、国防和生物医疗用高性能钛合金及其复合材料关键及复杂结构件方面具有显著优势、发展潜力巨大.SLM 3D钛合金晶粒细小且常含有大量的α′马氏体,而SLM 3D钛基复合材料中则通常可以原位生成纳米尺度的TiBw和TiCp等陶瓷增强相,使得成形构件的力学性能显著优于铸件和粉末冶金制品水平.本文在介绍SLM 3D打印技术的原理与特点基础上,着重评述了其在钛合金及其复合材料的应用基础研究及工程应用进展,并对未来相关关键基础科学与技术问题进行了展望.     

碳纳米管对激光选区熔化成形Al基复合材料的影响

基于激光选区熔化（SLM）方式,通过改变扫描速度,制备不同碳纳米管（CNTs,质量分数分别为0、0.5wt%、1.0wt%、1.5wt%、2.0wt%）含量的CNTs/Al复合材料试件,探究不同CNTs含量与激光扫描速度对试件性能的影响。结果表明,CNTs含量小于1.0wt%时,分散效果较好,大部分CNTs以单根状态黏附于Al粉表面;含量大于1.0wt%时,CNTs团聚尺寸增大、数量增多。相同SLM成形工艺下,低CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙较少,致密度较高;高CNTs含量的CNTs/Al复合材料试件内部孔隙逐渐增多,致密度降低。激光扫描速度为1 300 mm/s工艺下,随着CNTs质量分数的增加,CNTs/Al复合材料试件硬度呈先上升后下降趋势,在CNTs含量为1.0wt%显微硬度达到最高。CNTs/Al复合材料试件平均晶粒尺寸相对于铝合金试件更加细化,在CNTs含量大于1.0wt%时,尽管晶粒依然细化,但试件致密度降低造成显微硬度下降明显。     

选区激光熔化石墨烯增强金属基复合材料研究进展

石墨烯拥有不同于传统材料的特殊性能,如优异的结构力学性能以及导热性能,自被发现以来即获得广泛的关注,其中一个重要应用是作为增强相来增强金属基材料,从而获得高性能的结构和功能复合材料。近年来为了满足复合材料性能优化及结构精密复杂的需求,对其制造方法提出了更高的要求。选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)作为增材制造技术的一种,避免了传统制造技术成本高、周期长、精度低等问题,可更加灵活地实现功能-结构-材料一体化。本文总结了SLM制备石墨烯及其增强金属基(铝、镍、钛、铁、铜)复合材料的应用研究与发展现状,讨论了石墨烯增强金属基复合材料所面临的主要问题,并展望了石墨烯增强金属基复合材料的应用与发展前景。     

钛基复合材料及其制备技术研究进展

综述了钛基复合材料及其制备技术,重点介绍了纤维增强钛基复合材料(FTMCs)和颗粒增强钛基复合材料(PTMCs)的制备技术,分析了各种制备技术的优缺点.研究表明:纤维涂层法具有纤维分布均匀,纤维与界面反应小,复合材料性能优异等优点,是一种很有前景的FTMCs的制备技术.原位合成工艺制备的PTMCs避免了界面反应,界面清洁、结合强度高,可以明显提高PTMCs的力学性能.     

选区激光熔化成形铜合金研究进展

铜合金具有良好的导电导热性,是众多行业的基础材料,随着高新技术的迅速发展,许多行业对高性能、高精度、复杂结构铜合金零部件需求日益增大。传统工艺可制备常规铜合金零件,但对于一些复杂结构铜合金零部件的制备存在困难。首先,本文综述了选区激光熔化成形铜及铜合金的研究进展,系统介绍了目前选区激光熔化成形纯铜所遇到的难点及解决方法;然后,综述了目前选区激光熔化成形不同系列铜合金的研究现状,重点介绍了不同系列铜合金成形件微观组织和力学性能及热处理后成形件微观组织和力学性能变化;最后总结了选区激光熔化成形铜及铜合金存在的问题及未来的研究方向。     

激光选区熔化成形薄壁件研究进展

激光选区熔化是一种可以实现近净成形的数字化制造技术,能够制造传统工艺不能生产的复杂薄壁件,被认为是未来制造业的主导方向,应用前景广阔。综述了激光选区熔化成形薄壁件的研究现状,针对于激光选区熔化成形薄壁件成形质量较差、力学性能偏低等问题,重点介绍了工艺参数、热处理工艺以及壁厚等因素对激光选区熔化成形件微观组织、缺陷、成形质量及力学性能的影响,其中成形壁厚存在阈值,随着壁厚增加,薄壁孔隙先增加后减小,力学性能呈相反趋势。最后总结了薄壁件激光选区熔化成形存在的问题及未来的研究方向。     

TC4钛合金选区激光熔化与层间激光冲击强化复合工艺

目的 改善激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺成形的TC4合金的内部缺陷,提高疲劳寿命。方法 选用TC4钛合金为研究对象,提出了SLM结合层间激光冲击(3D-Laser Shock Peening,3D-LSP)与热处理的强化工艺,对复合制造工艺下的微观组织、内部缺陷和力学性能演变进行了研究,并建立了复合强化工艺制造样品的疲劳寿命模型。结果 在激光冲击影响区域内形成了0.2 mm深度的高幅值残余压应力,并在1 mm深度范围内改善了应力场,且显微硬度得到了提升,内部缺陷数量减少了36%,疲劳寿命提升了40%以上。结论 实现了SLM增材制造TC4钛合金的缺陷在线闭合、微观组织改性和疲劳寿命的提升,揭示了层间激光冲击对内部缺陷的闭合机理,为金属SLM复合增材制造的研究与应用奠定了理论基础。     

基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术研究进展

陶瓷以其优异的热物理化学性能在航空航天、能源、环保以及生物医疗等领域具有极大的应用潜力。随着这些领域相关技术的快速发展, 其核心零件部件外形结构设计日益复杂、内部组织逐步走向定制化、梯度化。陶瓷具有硬度高、脆性大等特点, 较难通过传统的加工成形方法实现异形结构零件的制造, 最终限制了陶瓷材料的工程应用范围。激光增材制造技术作为一种快速发展的增材制造技术, 在复杂精密陶瓷零部件的制造中具有显著优势: 无模、精度高、响应快以及周期短, 同时能够实现陶瓷零件组织结构灵活调配, 有望解决上述异形结构陶瓷零件成形问题。本文综述了多种基于粉末成形的激光增材制造陶瓷技术: 基于粉末床熔融的激光选区烧结和激光选区熔化; 基于定向能量沉积的激光近净成形技术。主要讨论了各类激光增材陶瓷技术的成形原理与特点, 综述了激光选区烧结技术中陶瓷坯体后处理致密化工艺以及激光选区熔化和激光近净成形技术这两种技术中所打印陶瓷坯体基体裂纹开裂行为分析及其控制方法的研究进展, 对比分析了激光选区烧结、激光选区熔化以及激光近净成形技术在成形陶瓷零件的技术特征, 最后展望了激光增材制造陶瓷技术的未来发展趋势。     

激光增材制造单晶高温合金研究进展

镍基单晶高温合金具有良好的高温强度、抗氧化和抗腐蚀性能、抗蠕变性能和组织稳定性,被广泛应用于制造航空发动机和燃气轮机叶片。由于其工作条件复杂恶劣,采用有效手段修复单晶叶片可以大大提高其使用寿命。综述了激光增材制造技术制备单晶高温合金的研究现状,介绍了激光增材制造技术制备单晶合金的理论基础,以及控制其单晶凝固组织的困难和不足,着重综述了激光增材制造技术控制单晶高温合金凝固制造的方法,主要包括通过激光参数调控温度梯度及凝固速率,以及通过基体晶体取向控制晶粒外延生长。最后,展望了该领域未来的主要研究方向和发展前景。     

金属选区激光熔化的研究现状

金属3D打印是目前增材制造技术中最具发展潜力和最前沿的技术。选区激光熔化(SLM)是金属3D打印的重要分支,在传统方法无法制造的复杂异型结构件及工件制造的快速响应上具有极大优势,可解决传统方法加工过程中存在的长周期、高成本、难加工等技术难题,加工出传统制造方式无法加工的复杂金属零件。主要分析总结了目前选区激光熔化所涉及的基本原理、成型设备、材料特性、工艺参数和制造过程中常见的孔隙、球化、应力应变等问题,最后对金属3D打印的发展前景进行了展望。     

激光增材制造高性能钛合金的组织调控与各向异性研究进展

激光增材制造技术(Laser Additive Manufacturing, LAM)是一种实现零件精确成形和高性能成性一体化制造的先进技术。首先介绍了两种典型激光增材制造技术的成形原理及其特点;然后重点介绍了西安交通大学在高性能钛合金激光增材制造组织调控和各向异性方面的研究进展:①硼变质对激光增材制造TC4零件的组织调控和各向异性的影响;②硅变质对感应加热辅助激光增材制造TC4微观组织的影响;③超声冲锻对激光增材制造TC4零件的组织调控和各向异性的影响。最后阐述了激光增材制造技术所面临的挑战与任务。     

镁合金激光选区熔化研究进展

镁合金作为最轻的金属结构材料,在汽车制造、生物医疗等领域具有极大的应用潜力。激光选区熔化成形镁合金具有高效的制备性能、良好的成分均匀性、优异的力学性能和耐腐蚀性能,因此激光选区熔化成为一种重要的镁合金制备和改性方法。对近几年激光选区熔化镁合金的研究进展进行了综述,从激光工艺参数(激光类型、体能量密度、激光功率、扫描速度、扫描模式、层厚、扫描间距、气氛控制与进粉速度)和粉体状态(粉末形状、粒径分布、粉末对激光束能量吸收率、粉末化学成分)2个方面讨论了该工艺的关键技术;按照纯镁、非稀土镁合金体系、稀土镁合金体系的分类,对激光选区熔化成形镁及镁合金的致密度与微观结构、力学性能与耐腐蚀性能进行了总结;分析了工艺参数与合金成分两方面对该工艺成形镁合金缺陷的影响。为减少激光选区熔化成形镁合金缺陷、均匀化晶粒、溶解硬脆二次相或析出强化相进而改善合金的结构与性能,许多研究对激光选区熔化成形镁合金进行了热等静压、固溶热处理和时效热处理,总结了上述处理方式对AZ体系、WE体系与Mg-Gd体系镁合金的改善效果。最后展望了激光选区熔化成形镁及镁合金在各领域的应用前景与未来可以进行研究的方向。     

选区激光熔化中飞溅行为的研究进展

选区激光熔化技术(SLM)被认为是极有前途的增材制造技术之一,但不可逆的溅射行为严重限制了SLM技术的应用。从粉末熔池演变、加工工艺优化和飞溅颗粒动态特征监测等方面,总结了SLM过程中飞溅行为的研究现状,分析了飞溅行为的产生机制,探讨了激光–粉末–熔池相互作用下的熔池演变情况,表明金属蒸气、Marangoni效应和伯努利效应是诱发飞溅的主要因素;讨论了加工工艺与飞溅行为的相互关系,表明通过优化工艺参数和改善打印环境以抑制飞溅是行之有效的方法;阐述了飞溅诱导缺陷的机理,并讨论了SLM过程的监测方法,表明单一信号的局限性会导致监测结果失准,多信号融合监测是提升精准性的重要方法之一。最后,针对飞溅行为存在的关键科学问题和技术难题,展望了SLM加工中飞溅行为的研究方向。     

钢的激光增材制造研究进展及前景展望

激光增材制造是一种兼顾精确成形和高性能需求的一体化制造技术,为钢构件的高质量快速制造提供了新思路、新方法。从目前典型钢构件的激光增材制造成形质量控制、组织特征、力学性能和应用现状4个方面出发,主要综述了不同的能量输入及氧含量对成形致密度的影响,提出了如何降低孔隙率的方法,对比了不同激光增材制造工艺方法下,制备模具钢、不锈钢和超高强钢试件热处理前后的微观组织和力学性能。在此基础上,对钢构件激光增材制造的发展趋势和需要进一步深入研究的问题进行了讨论,指出了激光增材制造修复技术与超声辅助工艺相结合的发展前景。