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。     

选区激光熔化成型Ni50.8Ti49.2形状记忆合金的组织和性能研究

单位体积能量输入随试验变量激光功率和扫描速率的变化而变化,探究了选区激光熔化工艺参数的改变对沉积态块状Ni50.8Ti49.2样品组织及性能的影响。考虑到不同能量输入对样品组织的影响,分别对样品扫描方向和沉积方向进行了组织观察,发现随能量输入的升高,金相组织的缺陷逐渐降低,沿沉积方向显微组织由短粗的柱状晶演变为细长的柱状晶。利用XRD考察其室温相组成,结果表明样品常温下为B2母相,部分样品含少量Ti3Ni4相。同时显微硬度测试表明,除激光功率外,第二相的引入能显著提高显微硬度值。利用差示扫描量热仪考察不同样品的相变温度。采用万能力学试验机对圆柱样品进行压缩测试,结果表明,样品的断裂应变最高达42%,高能量输入样品断裂应变略低。而室温超弹性能随能量输入的提高而显著提高,压缩应变10%时,超弹回复率高达90.2%。     

选区激光熔化快速成形系统的关键技术

研究激光、铺粉、扫描三个重要选区激光熔化子系统的技术要点。通过计算成形过程所需激光能量,确定激光器的选用。研究表明成形升降台的连续下降精度、铺粉辊的回转偏心量及径向跳动量都对实现最小铺粉厚度控制有着重要影响。结合扫描速度对比试验,分析扫描系统的扫描特征,认为采用快的扫描速度是选区激光熔化工艺的一个重要特点,此外应采用合适的扫描策略克服热变形。在上述研究基础上,采用铜基合金粉末进行三维金属实体成形试验,试验分析表明,成形实体是一个由等轴晶和枝晶组成,相对密度达95%,具有冶金结合组织的金属实体,尺寸精度为±0.5 mm。所获得的成形实体多层断面构造、铺粉、扫描特征等信息可证实部分技术要点分析。     

扫描速度对选区激光熔化成形316L不锈钢微观形貌和性能的影响

采用选区激光熔化技术(SLM)在不同扫描速度(700～1200 mm·s-1)下成形316L不锈钢试样,研究了扫描速度对微观形貌和力学性能的影响.结果表明:随着扫描速度的增加,试样的表面粗糙度增大,内部空隙增多;试样的抗拉强度、断后伸长率和硬度先呈缓慢增加趋势,当扫描速度大于1000 mm·s-1时呈快速降低趋势,屈服...     

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。     

激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

采用激光选区熔化(SLM)技术制备TC4钛合金,研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明:随着激光体能量密度由33 J·mm-3增加到80 J·mm-3,合金表面粗糙度减小,表面质量提高,表面球化现象明显改善;随着激光体能量密度的增大,合金内部孔洞减少,相对密度由90.5%增大到99.3%,但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能;制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm-3,即激光功率250 W,扫描速度500 mm·s-1,此时合金的表面质量和致密性均较好。     

上海探真激光技术有限公司 TS120激光选区熔化成形设备

TS120激光选区熔化成形设备以高精度、高效率著称。它优化了扫描策略,大大提升效率。该产品具有微型光斑和高精度成形等性能。设备打印满盘120颗牙仅需5-6h,属业内翘楚。     

NiTi形状记忆合金与异种材料激光焊接研究进展

对近年来NiTi形状记忆合金与异种材料(不锈钢和钛合金)激光焊接的研究情况进行了总结分析。由于材料的化学成分差异很大,直接激光焊接在接头中极易生成脆性金属间化合物,使得力学性能严重恶化,限制了异种材料结构的应用。国内外关于优化Ni Ti形状记忆合金与异种材料的激光焊接接头力学性能的方法,主要包括添加中间层和激光偏置两种方法,它们的共同之处是都可以减少脆性金属间化合物生成,不同之处是采用添加中间层的方法在抑制金属间化合物产生的同时会在焊缝中引入新的金属间化合物,接头的力学性能取决于新引入金属间化合物的脆性,脆性低则接头的力学性能更好;另外,中间层的添加量不能过多,否则会恶化力学性能。对于激光偏置焊接法,激光的偏移位置和偏移量至关重要,该方法的优点是可以节省填充材料,但是对于装配精度要求较高。与激光偏置法相比,采用添加中间层的方法,接头的力学性能更好。除了以上两种方法外,焊后热处理也可以改善接头的力学性能。最后提出NiTi形状记忆合金与异种材料激光焊接未来可能的研究方向,旨在为后续研究提供参考与借鉴。     

工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

采用选区激光熔化(SLM)技术制备纯锌,研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明:随激光功率增大或扫描速度减小,SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大,显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶;SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300mm·s-1,所得试样的相对密度达99.86%,硬度为(44.7±1.2)HV,弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为(48.6±2.4)GPa、(8.9±0.7)%、(95.5±3.3)MPa、(67.1±0.4)MPa。     

微型器件选区激光熔化成形温度场的有限元分析

为选择合适的工艺参数实现微型器件的选区激光熔化直接成形,利用ANSYS有限元软件对成形过程的温度场进行了分析。结果表明,温度场的形貌大致呈椭圆形,熔池位置滞后于激光光斑位置,粉末层最高温度、熔池最大宽度和深度均随着扫描速度的增加而减小、随着激光功率的增加而增大。根据分析结果选择合适的工艺参数,当光斑直径为50μm、粉末层厚为30μm、激光功率为200W、扫描速度为800mm/s和扫描间距为100μm时,成形的效果最好,制备出了具有较高精度和物理性能的微型钻头。     

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。     

沉淀硬化型不锈钢的选区激光熔化成形研究

采用选区激光熔化工艺成形沉淀硬化型不锈钢材料,并对成形样件的组织和常规力学性能进行了研究。金相分析显示,不锈钢基体主要为马氏体组织,基体上伴有一些沉淀相析出,晶界附近有细小均匀的合金碳化物,分析结果很好地解释了成形样件的力学性能指标为何优于一般锻件。在夹杂物测定方面,成形工艺处于密闭腔内,很少引入杂质元素,样件十分纯净。     

选区激光熔化快速成型扫描路径优化算法研究

本文针对选区激光熔化成型过程中所存在的翘曲变形、球化等现象及其成因进行了简要分析,并且结合相关文献,提出了重复扫描和分区扫描相结台的路径生成算法.分区避免了长线扫描,因而可以有效减小翘曲变形,一个层面上重复扫描可以减小层间的内应力,并且可以提高熔化层的表面质量,因而此种扫描路径生成算法可以有效地改善零件的成型质量.     

激光能量密度对激光选区熔化Cu-Al-Ni-Ti合金相对密度、微观组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(Selective laser melting,SLM)成形制备了不同工艺参数下Cu-Al-Ni-Ti铜基形状记忆合金试样。用排水法测试了块体试样的相对密度,对试样进行了显微组织分析和热分析,测试了拉伸试样在不同温度下的力学性能和测试试样的形状记忆性能,研究了激光能量密度对相对密度、显微组织和常温力学性能的影响规律。结果表明:块体试样的相对密度随激光能量密度的增大先增大再减小,试样的相对密度最大值达99.9%;当激光能量密度适中时(107J/mm3),熔化道连续且无明显缺陷,激光能量密度过低或者过高,试样会产生熔化道不连续或者球化等缺陷;拉伸试样的常温拉伸性能随激光能量密度的增大先增大再减小,常温下试样最大抗拉强度和延伸率分别为541MPa和7.63%。在300℃下试样的抗拉强度提升至最大为611MPa,延伸率提升至10.78%。试样的马氏体相变开始温度Ms约为83℃,结束温度Mf约为40℃,形变回复率接近90%。     

NiTi形状记忆合金激光焊接的研究进展

NiTi形状记忆合金因具有良好的形状记忆效应、超弹性、耐蚀性及生物相容性等被应用于生物医疗、航空航天及汽车等领域。激光焊接作为材料连接领域的重要技术之一,在NiTi形状记忆合金上的应用也受到了广泛关注。详细总结及分析国内外研究工作中关于NiTi形状记忆合金激光焊接接头的显微组织、力学性能、耐蚀性及生物相容性等方面的研究进展,同时分析如何提升NiTi形状记忆合金激光焊接质量的措施与机理。激光焊接过程中焊缝处镍元素的蒸发及热影响区内含镍金属间化合物的析出是导致焊接接头质量降低的根本原因,尽管通过工艺控制、焊缝合金化或焊后热处理等可提高焊接接头质量,但从目前结果来看仍有进一步提升的空间和需求。最后,结合现有研究进展及课题组的实际工作,给出NiTi形状记忆合金激光焊接未来可能的研究方向,旨在为后续的研究提供参考与借鉴。     

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。     

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。     

选区激光熔化快速成型系统激光扫描路径生成算法研究

选区激光熔化(SLM,SelectiveLaserMelting)技术在激光逐层熔化金属粉末的过程中,扫描器要做大量的扫描运动,因此选择合理的激光扫描路径一直是此技术研究的重点问题。本文在综合国内外快速成型技术各种激光扫描路径生成算法的基础上,提出了一种称为“互减”的扫描路径生成算法。测试表明,此算法通用性和可扩展性强,生成扫描线速度较快。     

粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响

激光选区熔化三维打印是当前主流的三维打印技术。从粒度、化学成分、球形度、松装密度、振实密度、流动性、空心粉率等方面论述了粉末特性对激光选区熔化三维打印成形的影响规律,并进行了总结。