W含量对选区激光熔化W-Cu组织与热物性的影响

为获得适用于电子封装的W-Cu材料,对60W-40Cu、70W-30Cu、75W-25Cu和80W-5Ni-15Cu合金进行选区激光熔化实验,研究了W含量对合金微观组织、致密度、热导率、热膨胀系数、表面粗糙度、硬度的影响。结果显示:4种W-Cu合金的成形表面均存在球化现象;当W的质量分数低于70%时,致密化机制为重排致密,W相间几乎不发生连接与团聚,热传导优先在铜相中进行;随着W的质量分数上升到75%,致密化机制主要为固态烧结,热传导路径由以W相为核心、边缘由Cu相包裹的结构单元组成;随着W含量增加,W-Cu合金的热导率和热膨胀系数与理论值的偏差增大,合金的表面粗糙度、硬度均增加。最终获得60W-40Cu、70W-30Cu、75W-25Cu、80W-5Ni-15Cu成形后的致密度分别为97.9%,94.5%,91.6%,91.9%,热导率分别为210.4,176.8,152.7,121.3 W·K~(-1)·m~(-1),热膨胀系数分别为11.05×10~(-6),9.33×10~(-6),8.17×10~(-6),7.02×10~(-6)℃~(-1),表面粗糙度分别是9.2,13.7,15.2,15.4μm,显微硬度分别是183,324,567,729 HV。     

选区激光熔化成形W-Ni-Cu的成形工艺及热物理性能

为了研究W-Ni-Cu合金选区激光熔化技术(SLM)直接成形工艺及其热物理性能,设计了以激光功率、扫描速度、扫描线长度、搭接率为变量的工艺实验,研究各参数对致密度的影响,采用SEM、热分析仪、差式扫描量热仪、热-机械分析仪研究合金的微观组织、导热率与热膨胀系数。结果表明:选择合理的优化工艺参数,W-Ni-Cu(SLM)成形致密度最高达到94.5%;微观组织为难熔相W发生了桥接与团聚,基体相CuNi呈网络状包裹于W相周围;测试试样所加载热流平行于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是120.314 0W/(m·K)及7.16×10~(-6)/K,加载热流方向垂直于烧结成形方向时,导热系数与热膨胀系数分别是99.257 2W/(m·K)及7.02×10~(-6)/K。不同方向成形测试件导热系数和热膨胀系数的差异是由难熔相W在CuNi相中的分布以及孔隙数量决定的。采用选区激光熔化成形技术可以成形性能较好的W-Ni-Cu合金。     

La_2O_3稀土对激光熔覆WC/Ni基复合涂层性能改善的研究

向WC陶瓷镍基合金粉末中添加不同质量分数的La2O3粉末制成混合粉末,采用大功率半导体激光器通过同轴送粉方式,在A3钢基材上制备熔覆层。利用SEM、EDAX、XRD分析研究了不同稀土加入量对熔覆层显微组织和相结构的影响,用显微硬度计、滑动摩擦磨损试验机分别测试了复合涂层的硬度、耐磨性。结果表明:由于稀土的加入,复合涂层的晶粒进一步细化,组织趋向均匀,硬度和耐磨性得到了提高,最终得出涂层粉末的最佳配比为(质量分数)59%Ni60,40%WC,1.0%La2O3。     

半导体激光器非典型宏通道水冷散热系统设计

针对大功率半导体激光器散热系统展开设计研究。首先，对水冷散热系统的流体通道中的冷却液进行了流体分析，结果表明在传统矩形流体通道结构中，冷却液在进液口处和弯度较小处容易产生湍流空洞。湍流空洞不仅会产生空泡腐蚀效应，还会导致靠近热源的上层冷却液填充不充分，降低系统的散热效率；其次，在传统流体通道结构的基础上，提出了一种非典型宏通道结构的优化模型。采用有限元分析软件Fluent分别对散热模型的分布和激光器模块器件的分布进行了数值模拟，流场结果表明优化模型中冷却液流动时没有湍流空洞产生，散热系统可靠性更高，冷却液在流体通道的上层填充效果更好，同时解决了传统模型中流体在局部流道中流速缓慢的问题，使散热系统具备更良好的散热性能。接着又通过温度场仿真结果得出，优化模型搭建的散热系统工作时激光器最高温度可降低2 ℃，且热源1上温度更均匀，热源3上温度降低1.25 ℃；最后，在激光器满功率输出情况下进行的散热实验对比，获得的实验数据与仿真结果基本一致。     

变能量激光选区熔化IN718镍基超合金的成形工艺及高温机械性能

开展了基于激光选区熔化技术对IN718镍基超合金直接激光熔化成形的研究。将零件分为心部与轮廓区,通过改变激光线输入量进行选区熔化研究。首先,建立熔池内烧结的数值模型,改变激光线输入量,获得了激光线输入量对零件致密度的影响规律并观察了成形体中的组织生长。然后,增加轮廓部位扫描,改变激光线输入量与扫描顺序,获得其对零件表面质量的影响规律。最后,通过优化热处理工艺提高零件高温拉伸强度和高温持久性能。试验结果表明,在激光线输入量为300J/m时,成形体致密度最高,为98.9%,成形体沿层间方向组织为树枝晶加等轴晶,在层内方向组织为等轴晶。采用心部+后轮廓扫描的方式,轮廓激光线输入量为100J/m时表面质量最优,粗糙度为3.1μm。对成形体采用1 065℃固溶+双时效的热处理可以获得最佳高温性能组合,高温拉伸强度为1 356MPa,高温持久时间为34h。结果显示,通过激光选区熔化制作IN718镍基超合金可以满足航空结构件对致密度、表面质量和高温性能要求。