激光选区熔化成形AlSi10Mg铝合金粉末特性研究

增材制造技术是一种新型的成形技术,其优点在于无需机械加工或任何模具就可快速地将零件从数字模型制造成实体零件,从而缩短产品的研制周期,提高生产效率。激光选区熔化成形专用金属粉末作为增材制造技术最重要的原材料,有着自身独特的规律,粉末特性影响SLM工艺参数的制定。对SLM专用AlSi10Mg粉末特性进行研究(包括粉末化学成分、比表面积和粉末粒度分布等)的结果表明,SLM使用的金属粉末要求粒度小、粒度分布窄、球形度高、氧含量低和流动性好等。     

热处理对增材制造AlSi10Mg超精密车削特性的影响机理

由于激光选区熔化(增材制造)直接成型的AlSi10Mg合金零件表面相对粗糙,很难满足对表面精度要求高的行业需求。而具有获取纳米级表面精度能力的超精密加工为提高激光选区熔化零件的表面质量提供了有前景的后处理解决方案。采用金刚石刀具分别对直接成型、低温退火、固溶处理以及时效处理后的AlSi10Mg合金的微量切削特性进行研究,讨论微观组织演变与切削参数对AlSi10Mg合金的超精密切削特性的影响机理,揭示热处理状态对切削力、切削表面质量与切屑形貌等的影响规律。以探索快速高效地将成型零件表面质量提高到镜面水平的方法。结果表明：激光选区熔化直接成型的AlSi10Mg合金微观组织以微米级的网格结构为主,其显微维氏硬度和切削力均大于热处理后的样品;切削力同时受到合金的微观组织和力学性能的综合影响;直接成型的样品沟槽表面质量最好,低温退火样品次之,固溶处理样品最差;高温热处理后形成的大块的Si颗粒会增加切屑的脆性,并降低样品的X轴切削力;增加切削深度和切削速度均会导致切削力的增加和表面质量的恶化,且切削深度对切削力和表面质量的影响更大;直接成型样品的镜面加工质量最好,表面粗糙度(Ra)数值可降低到11.2 nm,远低于直接成型样品的～10 µm。本研究为实现激光选区熔化成立铝合金零件的表面质量提升到镜面水平提供了理论和应用参考。     

能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金缺陷及力学性能的影响

分析了能量密度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度的影响规律，并采用微纳CT检测结合EDS能谱分析的方法，统计了试样内部缺陷的类型和尺寸，分析了缺陷在试样三维层面上的分布规律及产生原因，得出了影响激光选区熔化成形AlSi10Mg合金致密度和内部缺陷的主要因素。结果表明，合适的激光能量输入是获得高致密度的关键，当激光能量密度处于47.62~50.00 J/mm³区间时，试样致密度最高，此时试样中夹杂缺陷消失，孔洞缺陷最大尺寸降至0.056 mm。孔洞缺陷产生原因主要与未熔粉体、空心粉及氧化物有关。在优选激光能量密度区间内成形的AlSi10Mg合金试样，其平均抗拉强度和伸长率分别在294 MPa和8.0%以上，优于铸造AlSi10Mg合金。     

覆膜金属粉末选择性激光烧结技术研究

文中主要介绍了覆膜金属粉末激光烧结成型技术的基本原理。利用激光烧结快速成型机对覆膜金属粉末进行了烧结成型实验，研究了激光功率、扫描速度、铺粉厚度和粉末颗粒大小等工艺参数对烧结成型性能的影响关系。     

激光选区熔化3D打印AlSi10Mg合金的铺粉厚度

基于铺粉厚度优选出的3个工艺参数组合,分析了工艺参数组合对激光选区熔化技术成形AlSi10Mg合金试样基本性能的影响。3个工艺参数组合成形的试样硬度均高于63HRB,上表面单位面积磨损量均低于1.5×10-5 g/(s·mm2),孔隙率在0.05%以下,抗拉强度高于440 MPa,成形的测试试样尺寸误差均在±0.1 mm以内。试样上表面的表面粗糙度Ra在4 μm以下,侧表面的表面粗糙度Ra在5 μm以下。铺粉厚度30 μm的试样表面质量最优。     

GO/AlSi10Mg激光熔化沉积组织性能研究

针对铝合金激光熔化沉积件强韧性差等问题,提出一种溶剂蒸发法制备具有粉末球形度高、流动性好、激光吸收率高且氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)均匀分散的GO/AlSi10Mg复合粉末,采用激光溶化沉积技术(Laser melting deposition,LMD)分别打印AlSi10Mg成形件和GO/AlSi10Mg成形件,对比分析两种LMD成形件的微观组织和力学性能,探究GO调控AlSi10Mg合金成形件强韧性的机理。结果表明,添加0.1%GO的LMD成形复合材料抗拉强度提升了10.3%,延伸率提高了170%,硬度提高了5.8%,拉伸断口从脆性断裂特征转变成韧性断裂特征。GO在高能激光的作用下发生还原反应生成石墨烯,石墨烯对复合材料起到了晶粒细化的效果。拉伸试验过程中位错在石墨烯附近聚集并缠结,石墨烯在铝基体中的钉扎作用阻碍了位错的移动、促进了位错增殖,而且石墨烯与Al基体有较强界面结合,起到载荷转移和桥接作用。由于晶粒细化、位错强化、载荷转移强化以及桥接作用,提出的GO/AlSi10Mg激光熔化沉积技术提高了铝合金成形件的强韧性,为铝合金激光熔化沉积技术的应用和发展提供了...     

NiTi气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性、制件超弹性的影响

选区激光熔化成型具有外界温度感知能力的NiTi形状记忆合金是4D打印金属材料技术的基础研究,根据选区激光熔化技术对粉末性能的要求,研究NiTi形状记忆合金不同气雾化制粉工艺对选区激光熔化成型性及制件超弹性的影响规律具有重要意义。通过对比分析真空惰性气体雾化(VIGA)、电极感应熔炼气雾化(EIGA)制粉工艺对NiTi合金粉末杂质含量、流动性、球形度等性能的影响,发现VIGA制粉工艺由于采用坩埚熔炼,导致合金杂质元素增加、粉体性能恶化,粉末粒度分布偏向细粉侧,极易形成卫星粉,导致粉末流动性差,在打印过程中铺粉困难而难以成型,并且氧含量的增加导致打印过程中易发生球化、开裂等现象,使得VIGA工艺制备的NiTi合金粉末SLM成型性较差。而采用EIGA工艺制备的粉末粒度分布均匀、流动性好、氧含量低,满足选区激光熔化技术对NiTi合金粉末的特性要求。并对比分析两种工艺制备的粉末打印样品的表面形貌,成型了具有完全回复性能的超弹NiTi形状记忆合金样件。     

浅谈激光粒度仪的使用及管理

激光粒度仪用于测试颗粒的粒径和粒度分布,本文介绍了测试前样品的有效处理及管理经验。     

在线激光粒度自动检测仪的设计及应用

结合激光粒度检测仪在中国石化安庆分公司催化裂化装置中的应用,介绍了检测仪的测量原理、计算方法和系统结构,包括激光发射、光学结构、检测器阵列等技术原理和设计方案,并且对烟气管道中催化剂颗粒浓度和粒度分布进行了在线实时监测的应用。结果表明,该激光粒度检测仪的应用实现了将催化剂颗粒浓度控制在200 mg/m3,粒径10μm的催化剂粒度分布3%,保证了烟气轮机的正常运行,提高了催化装置轻质油的出油率。     

扫描方式与预热温度对激光选区熔化制备大尺寸AlSi10Mg合金性能的影响

采用激光选区熔化技术制备大尺寸AlSi10Mg合金试样,研究了扫描方式(棋盘式扫描与均匀扫描)及基板预热温度(80℃和120℃)对AlSi10Mg合金试样显微组织、密度和力学性能等的影响。结果表明:扫描方式是影响试样相对密度、拉伸性能和冲击性能的主要因素,而预热温度主要影响试样的硬度;预热温度80℃、棋盘式扫描方式下试样的相对密度最大(98.69%),拉伸性能和冲击韧性最好;预热120℃、棋盘式扫描方式下试样的硬度最高(257HV)。     

铝合金3D打印直接与间接成型零件的组织和力学性能研究

分别对AlSi10Mg的3D打印直接成型和ZL105间接成型的特点、组织和力学性能进行了研究。研究表明,AlSi10Mg零件的3D打印直接成型具有一定方向性,组织细小,综合机械性能要好于同材质的铸态零件;ZL105的3D打印间接成型零件虽然晶粒略粗大,但机械性能仍好于普通铸造件。     

密立根法测量热膜式气体流量传感器中污染物颗粒带电量

热膜式气体流量传感器在实际使用过程中,其芯片表面很容易被微小颗粒污染,使精度达不到工作要求.试验研究发现,传感器通电工作时,芯片表面电场力是造成污染物颗粒吸附堆积的主要因素.因此,污染物颗粒带电量的大小对芯片表面颗粒的堆积有着直接影响.文中采用Mastersizer 2000激光粒度分析仪和密立根油滴仪联合测量了颗粒群的平均粒径和平均带电量.激光粒度分析仪所测污染物颗粒的平均粒径为3.311 μm,根据此平均粒径值,密立根油滴仪所测3.2～3.4 μm范围内的颗粒所带平均带电量为6.4×10-17 C,此带电量即为整个颗粒群的平均带电量.     

基于激光二次烧结单元体成型多孔结构体的研究

多孔结构材料作为功能结构材料被广泛应用。提出一种基于特殊四面体颗粒作为基本单元体进行激光二次烧结成型多孔结构体新工艺。通过实验测得单元体颗粒堆积密度与孔隙率,由PFC3D软件模拟单元体堆积得到模拟孔隙率,其数值与实验结果相近。通过软件获取堆积截面形貌,观测单元体颗粒堆积下内部孔隙的尺寸分布。对单元体表面喷粉后进行激光二次烧结成型发现,随着激光功率增加、扫描速度减小,单元体颗粒粘接性能提高。     

提高粉末冶金干压模寿命

我厂粉末冶金干压模主要是压制软磁及永磁无线电元件。软磁粉末材料为Fe_2O_3、MO(M为二价金属Ni、Mg、zn、Mn等),永磁粉末为Fe、Ni、Al-Ni-Co。粉末粒度一般为15微米以下,为了保证其磁性能,成型时压力大,一般在1～20吨/厘米~2。在软磁材料生产中还有30％的烧结回收粉末,     

3%SiC/AlSi10Mg复合材料SLM成形力学性能与组织分析

随着航天技术的发展,航天器结构对铝合金的强度提出了更高的要求。采用机械混合法配比3%SiC/AlSi10Mg复合材料粉体,用激光选区熔化(SLM)技术制备3%SiC/AlSi10Mg复合材料。研究了SLM成形铝基复合材料的显微组织及力学性能。研究表明,复合材料中SiC分布不均匀,存在局部团聚现象,界面处存在微小裂纹;在第二相强化的作用下,材料的硬度及抗拉强度均有提高,延伸率有所下降,热处理后复合材料抗拉强度较基体提高了15.5%。     

部分扩散预合金温压铁-铜-镍-钼-碳材料的组织与性能

对部分扩散预合金Fe-2Cu-2Ni-1Mo-1C粉末的温压行为及烧结和热处理后的组织和性能进行了研究.结果表明:模壁润滑温压工艺能明显提高烧结材料的密度和性能;在130℃、400～700 MPa压力范围内材料压坯密度、烧结密度和烧结性能均随压制压力增大而提高;700 MPa下材料压坯密度7.34 g/cm3;1 150℃烧结60 min后密度为7.32 g/cm3,抗拉强度达到853 MPa,表面硬度302 HB,伸长率4.4%;热处理对烧结材料力学性能提高效果显著;880℃淬火 350℃回火60 min材料的综合性能较好,抗拉强度1 086 MPa,表面硬度295 HB,伸长率3.7%,显微组织为马氏体、回火屈氏体和残余奥氏体.     

表面改性纳米SrTiO_3粉体的制备

以硝酸锶、钛酸四丁酯和氢氧化钾为原料,采用水热法制备了SPAN80表面活性剂改性纳米SrTiO_3粉体,利用X射线衍射仪、透射电镜、能谱仪、激光粒度仪等分析了粉体的物相组成、形貌和粒径。结果表明:经10%(体积分数)SPAN80表面活性剂改性后,SrTiO_3粉体颗粒呈球形,平均粒径小于未改性粉体的,且粒度分布较窄;表面活性剂对粉体的物相组成无影响;当SPAN80表面活性剂的体积分数大于10%时,SrTiO_3粉体的粒径又呈增大的变化趋势。     

退火温度对激光选区熔化AlSi10Mg合金微观组织及拉伸性能的影响

详细研究了退火温度对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金微观组织和拉伸性能的影响规律。结果表明,退火后的激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织中网状共晶Si发生断裂、粗化;随着退火温度升高,网状共晶Si发生球化,以颗粒状均匀分布在Al基体中,且弥散二次Si粒子也逐渐溶解消失。激光选区熔化成形AlSi10Mg合金经退火后,其延伸率大幅提高,拉伸断口表现出韧性断裂特征。在270～280℃下退火2h,延伸率分别达到15.7%(X/Y向)和12.7%(Z向)以上,且强度保持在一个较高的水平(300MPa),实现了强度/塑性的良好匹配。通过拉伸试样断口分析,认为导致裂纹源萌生的主要原因是未熔粉体、气孔及氧化物等缺陷。     

热处理对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金中共晶硅形貌与分布的影响

通过激光选区熔化(SLM)技术制备AlSi10Mg合金,分析了沉积态合金的显微组织,研究了3种热处理工艺(T6、T2、T6+T2)对共晶硅形貌和分布的影响。结果表明:沉积态合金表面熔池由中心向边界依次为细晶区、粗晶区和重熔区,合金中共晶硅呈短纤维状,尺寸为纳米级;热处理前后,AlSi10Mg合金均由铝、硅以及Mg_2Si相组成;热处理后共晶硅分布更加均匀,组织均匀性提高;沉积态合金依次经T6,T2工艺处理后,其共晶硅的硅元素含量增加,共晶硅纯度提高。     

高强镀锌钢激光填粉焊接的粉末输送研究

激光填粉焊接是一种高柔性化焊接加工技术,能有效降低激光焊接装配精度。使用自行开发的侧向送粉装置,基于粉末分布密度与图像灰度的相关性,测量分析粉束截面的粉末分布密度和粉末输送的有效性,并开展高强镀锌钢光纤激光填粉焊接的焊接工艺性及接头性能的研究。结果表明,粉末落点是决定粉末利用率的关键因素。以45°侧向送粉时,有效输送率最高的粉末落点为–1.75 mm。粉末落点过于靠近或远离激光束时均不利于金属粉末有效熔入熔池。粉末落点为–4 mm时,粉末利用率最高。焊缝中心铜的质量分数随着送粉速度的降低而线性减小。填充粉末能明显提高焊缝表面质量,细化热影响区晶粒,提高焊缝组织性能,同时提高了激光焊接间隙裕度,降低工件对激光焊接装配精度的要求。