激光立体成形技术的发展及应用

激光立体成形是3D打印技术的一种,主要用于形状复杂的高性能零件的制备。介绍了激光立体成形技术的原理,讨论了激光立体成形技术的研究现状,介绍了该技术在应用中存在的一些问题。     

AZ31B镁合金CO2气体激光熔凝的微观组织与磨损性能

以AZ31B镁合金为对象,对其进行CO2气体激光表面熔凝处理,采用金相观察、X射线衍射分析、硬度测试及摩擦磨损试验等手段,研究了激光熔凝层及原始镁合金的微观组织结构及磨损性能。激光功率P＝3 300 W,扫描速度v＝360 m/s时熔凝层是由α-Mg和β-Mg17Al12组成,且熔凝层的相含量比母材多。熔凝层的微观组织以树枝晶为主,枝晶组织发生了明显的细化。由于细晶强化、固溶强化和析出强化的共同作用,熔凝层的显微硬度提高了大约2倍。原始镁合金的磨损以磨粒磨损和氧化磨损为主,而熔凝层以磨粒磨损为主,熔凝层的耐磨损性能也得到了改善。     

选区激光熔化CoCrFeNi-X高熵合金的研究进展

CoCrFeNi高熵合金因其单一稳定的面心立方固溶体结构,具有优异的塑性变形能力和较高的屈服强度,已成为众多追求高韧性制件研究的热门体系之一。同时选区激光熔化技术因其成形尺寸灵活和超快加热冷却速率,具备传统制备方式不可比拟的优势。通过梳理近些年选区激光熔化技术成功制备出的CoCrFeNiX高熵合金体系,首先针对8种不同合金体系的相结构和组织形貌,分析了组织结构对力学性能的影响;其次针对3种采用不同工艺参数制备的CoCrFeNi-X高熵合金成形件,分析制备工艺对成形密度及力学性能的影响;最后就合金成分设计对CoCrFeNi-Alx、CoCrFeNi-Mn两种主流合金体系做了详细研究现状分析。期望对采用选区激光熔化技术制备CoCrFeNi-X体系高熵合金的实验研究和工业应用提供一定的理论指导。     

AZ31B镁合金表面激光熔覆Ni60合金粉末组织及性能EI北大核心

利用5kW横流连续CO2激光器,采用预置粉末法对AZ31B镁合金表面进行激光熔覆Ni60合金粉末试验。利用光学显微镜,SEM,XRD,显微硬度仪,电化学腐蚀设备等仪器对熔覆层和基体的组织及性能进行了测试分析。结果表明,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆层组织为细小的树枝晶和等轴晶;XRD结果表明在熔覆层表面形成了Mg2Ni,Mg-Ni2等新相,熔覆层的显微硬度由HV45~50提高到HV150~350,约为基体的3~7倍。在3.5%(质量分数)NaCl的溶液中进行电化学腐蚀试验表明,熔覆层表面的自腐蚀电位较原始镁合金提高约0.379V,其抗腐蚀性较原始镁合金显著提高。     

辅助气体对5A06铝合金Nd:YAG激光切割质量的影响

利用高功率脉冲固体Nd:YAG激光对4mm厚的5A06铝合金板材进行切割试验,探讨辅助气体Ar、N2、O2对激光切割质量的影响.通过光学显微镜、扫描电子显微镜、粗糙度测量仪、X射线衍射仪分析切缝及切面的形貌、粗糙度、物相及显微组织,结果表明:分别采用这三种辅助气体时,切缝均窄细平直,挂渣量依次增多;垂直度分别为0.08mm、0.08mm和0.05m;切面粗糙度分别为2.870μm、3.554μm、7.974μm;切面物相分别为Al Al3 Mg2、Al Al3Mg2 AlN、Al A13Mg2 Al2O3;热影响区宽度分别为90μm、100μm,不明显;辅助气体压力对切缝宽度的影响不明显.     

选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场数值模拟研究

采用Ansys有限元分析软件,对选择性激光熔化成形高熵合金CoCrFeMnNi的温度场分布进行数值模拟。在考虑随温度变化的热物理参数情况下,建立选择性激光熔化有限元模型,利用在Ansys-Workbench中插入参数化设计语言,实现高斯锥形体热源的加载,研究功率和速度对成形过程温度场的影响。模拟结果表明：在单层多道模拟时,随着SLM激光功率增大和扫描速度的下降,SLM成形HEA CoCrFeMnNi的熔池长度和宽度呈增大趋势;先扫描的区域会对未扫描的区域起预热作用且存在热积累现象,在平行于SLM激光扫描方向存在较大的温度梯度。     

多层平板电离室优化设计

多层平板电离室(Multilayer Ionization Chamber,MLIC)能够降低质子束流剂量深度分布的测量时间,对提高质子治疗日常剂量验证的效率具有实际意义。影响MLIC测量精度的因素主要有组成材料、敏感面积等。基于这些影响因素,用蒙特卡罗方法计算束流在MLIC的剂量深度分布,与标准剂量分布对比评估其测量精度。优化后的MLIC包含180层电离室,组成材料为FR-4,敏感面积为12 cm×12 cm,极板间隙为1 mm,采用自由空气作为敏感探测器气体,其剂量深度测量精度在±5%以内,射程测量精度在±1 mm以内。     

镁合金表面等离子喷涂+激光重熔Al-Si基纳米Si_3N_4复合涂层

为了改善镁合金表面的性能,将等离子喷涂和激光重熔技术相结合,利用5 kW横流连续CO2激光器,在AZ31B镁合金表面进行了激光重熔Al-Si+1%nano-Si3N4等离子喷涂复合涂层的试验研究。通过扫描电子显微镜、能谱分析仪、X射线衍射仪分析了重熔层的组织、成分分布和重熔前后的物相及结合界面,用显微硬度仪和电化学工作站测试并对比复合涂层重熔前后的硬度和腐蚀性能。结果表明,等离子喷涂层经激光重熔后与镁基体达到了良好的冶金结合,在激光作用下,重熔层析出的金属间化合物AlN、Mg2Si及弥散的铝硅固溶体强化相有效提高了其显微硬度,最高值达到514 HV0.05,是基体的10倍。在析出强化相作用下,重熔层的耐蚀性得到明显提高,自腐蚀电流较喷涂层和镁基体降低一个数量级。     

Zr65Al7.5Ni10Cu17.5非晶合金激光熔凝的热效应模拟

为了研究激光增材制备非晶合金过程中熔池和热影响区的成形机制, 利用有限元软件ANSYS, 对激光增材制造技术的基础过程-激光快速熔凝Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的热效应进行了数值模拟分析。结果表明, 激光单点熔凝时, 熔池的平均冷却速率为6.3×104K/s, 热影响区的平均冷却速率为1.4×104K/s, 远高于Zr₆₅Al_7.5Ni₁₀Cu_17.5非晶合金的临界冷却速率1.5K/s, 说明激光单点熔凝的热变化满足非晶合金的生长条件; 激光单道熔凝过程中, 熔池的平均冷却速率仍比较高, 为2.11×102K/s, 但热影响区的平均冷却速率较低, 为74K/s, 且热影响区会产生弛豫累积, 可能造成一定程度的晶化。此研究为激光增材制备非晶合金材料提供热效应的理论基础。     

铝合金脉冲固体Nd：YAG激光切割及其对比试验

利用高功率脉冲固体Nd:YAG激光和空气等离子弧分别对4mm厚的5A06铝合金板材进行了切割试验.探讨了工艺参数对激光切割质量的影响,得出结论,激光功率、脉宽、频率和离焦量对切缝宽度影响较大,而切割速度、辅助气压的影响很小.通过光学显微镜和扫描电子呈微镜观察分析切缝宏观形貌及微观组织,结果表明,激光切缝窄钿平直,垂直度0.28mm,切面波纹浅,没有明显的热影响区;与空气等离子弧的切割效果进行对比,后者切缝较宽,大约是激光切缝的4倍,切面易氧化,波纹较深,且切割面有大量微裂纹存在.