激光选区熔化成形不锈钢与纳米羟基磷灰石复合材料的组织及力学性能

采用激光选区熔化工艺（SLM）制备几种不同成分的316L-nHA（纳米羟基磷灰石nHA的体积分数分别为0、5%、10%、15%）复合材料，并测试其致密度与抗拉强度；利用SEM分析其组织及断口形貌。结果表明，当nHA的含量为5%时，材料的致密度和抗拉强度与纯不锈钢的相近，扫描速度为350 mm/s时强度达到最大值634.6 MPa；当nHA含量增大至10%~15%时材料致密度和强度明显降低，强度最高只有264.4 MPa。面能谱显示nHA均匀分布在金属基体中，呈弥散型金属-HA微界面结合特征。nHA和316L热膨胀系数的差异，且nHA中富含P，导致SLM过程中产生裂纹，当nHA含量由5%增大至15%时，裂纹密度明显增大，且互相联通。当nHA含量为5%时，提高扫描速度有利于抑制裂纹产生；当nHA含量增大至10%~15%时，由于P增多，增大扫描速度对裂纹的抑制作用较小。在适当的材料配比和工艺条件下利用SLM可制备出满足承重骨修复体力学性能要求的316L-nHA复合材料，有望改善金属植入体的生物相容性。

激光3D打印TC4钛合金工件根部裂纹成因分析

激光3D打印TC4钛合金工件的根部出现了裂纹。通过分析裂纹的微观特征以及工件的残余应力,分析了裂纹产生的主要原因。结果表明:以高速、微层、微区连续熔凝为特征的激光3D打印,其热输入量较小,打印层对已成型层的退火作用小,导致激光3D打印TC4钛合金工件外表面出现严重的拉应力,最大值达到了640 MPa;同时3D打印过程中存在的飞溅、咬边和熔道不连续等缺陷,会影响下一层铺粉厚度和密度的均匀性,导致微观缺陷的产生,或使得打印工件的性能在微观上不均匀;微观分析显示,裂纹起源和终止于微缺陷处,在扩展过程中有向微缺陷处发展的特征;预热温度不够、严重的残余拉应力、微观缺陷或性能不均匀的共同作用,是导致激光3D打印TC4钛合金工件根部出现裂纹的主要原因。

氮化硅光固化增材制造工艺与性能的研究

通过设计浆料配方和设置打印参数,采用光固化增材制造(3D打印)的方法制备出氮化硅陶瓷样品。通过热重-差示扫描量热(TG-DSC)分析得到脱脂温度,确定了脱脂预烧结和高温陈化烧结工艺,得到了氮化硅陶瓷样品。试验结果:氮化硅陶瓷样品收缩率为水平方向65.1%,厚度方向80.0%;密度达到理论值的93.3%;抗拉强度为245.9～279.8 MPa,抗弯强度为308.5～333.2MPa。平面方向收缩较大,可能引起了拉伸时的层状撕裂。

热处理对激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能的影响

采用激光选区熔化成形工艺制备了316L不锈钢试样,并对其分别进行了400℃×4 h的退火处理以及1020℃×0.5 h的固溶处理。采用扫描电镜、显微硬度计及电子万能试验机等研究了直接成形态、退火态和固溶态试样的微观组织、拉伸性能、布氏硬度和夏比冲击吸收能量。结果表明:直接成形态试样经400℃×4 h退火后,组织变化不明显,抗拉强度、伸长率、布氏硬度及夏比冲击吸收能量都略有提高;直接成形态经1020℃×0.5 h固溶处理后,熔池搭接边界发生溶解,层层搭接边界消失,抗拉强度、屈服强度、布氏硬度分别降低了8.8%、27.2%、13.7%,伸长率、夏比冲击吸收能量分别提高了43%和25%。与其它两种状态相比,固溶状态下,试样的性能更稳定,强度与韧性的组合较好。

激光选区熔化成形316L不锈钢组织和力学性能分析

为了综合评价激光选区熔化成形316L不锈钢的力学性能,制备了不同成形方向的316L不锈钢试样,观察了试样微观组织,测试了其拉伸性能、布氏硬度、冲击性能、弯曲性能。结果表明,微观组织主要为胞状晶及呈外延生长的柱状晶,且柱状晶晶粒取向各不相同,在相邻熔覆道熔合线附近的晶粒尺寸大于远离熔合线区域。激光选区熔化制备的试样的抗拉强度及屈服强度最高分别达到了703 MPa及609 MPa,与常规方法成形的固溶态棒材相比,优势明显,但延伸率呈现一定程度的下降。这主要是由于选区激光熔化中激光与粉末作用时间很短,熔池快速熔化,急速冷却,形成了致密的细小晶粒,导致材料的强度显著提高。拉伸性能存在各向异性,XY向均高于Z向。一方面由于局部急熔急冷,成形件内存在较大内应力,另一方面晶粒生长方向各异,导致力学性能各向异性难以避免,在拉伸变形过程中不同生长方向的晶粒互相牵制,变形不均匀,导致延伸率降低。成形的316L不锈钢XY向和Z向的布氏硬度均达到了188 HB,与固溶强化处理后的不锈钢棒材相当。激光选区熔化成形的316L材料的夏比冲击功达到了74.5 J,XY方向略高于Z向。

316L不锈钢与CaSiO_3复合材料选择性激光熔化制备工艺

以纳米CaSiO_3粉末和316L不锈钢粉末为原料,利用高能球磨和选择性激光熔化(SLM)技术成功制备出316L/n CaSiO_3医用复合材料,并对其进行微观组织观察及力学性能测试。结果显示,复合材料中CaSiO_3含量是决定产品最终结构缺陷与稳定性的一个重要因素。在SLM过程中,扫描速度和激光功率决定了熔融是否充分完全,熔融不充分会使样品中产生大量缺陷,熔融过度会使样品性能不稳定。另外,增加激光功率,减小扫描速度,可以有效地提高样品的致密度。综合考虑,选用316L不锈钢/5CaSiO_3(CaSiO_3的质量分数为5%)复合材料,在160 W,400 mm/s条件下制备的样品性能稳定。

激光选区熔化成形铝合金的组织、性能与倾斜面成形质量

采用优化工艺参数对AlSi10Mg铝合金进行激光选区熔化(SLM)成形,对平行于和垂直于SLM成形方向的显微组织、拉伸性能、冲击性能以及相对密度进行了对比研究;分析了SLM直接成形不同倾斜角度倾斜面的成形质量。结果表明:平行于SLM成形方向的显微组织与垂直于SLM成形方向的在生长方向上存在差异性;沿垂直于SLM成形方向截取试样的平均抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、冲击功分别为364 MPa,303 MPa,6.7%,5.1J,高于平行于SLM成形方向的;当倾斜角度不大于45°时,倾斜面成形质量较好,当倾斜角度大于50°时,倾斜面下表面出现坍塌现象。

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)。

厚板铝合金搭接搅拌摩擦焊组织及力学性能分析

对15.0 mm厚7N01铝合金进行了搭接搅拌摩擦焊连接,对搭接接头进行了显微组织、显微硬度、抗剪以及疲劳性能测试。研究结果表明,采用搅拌针长度为17 mm的搅拌头搭接接头抗剪性能最佳,抗剪强度为245MPa;搭接接头微观组织与对接接头相比并无较大差异,但在结合面处形成了＂虎克缺陷＂和＂冷搭缺陷＂;搭接接头在摩擦热的作用下形成了一定的软化区,位于前进侧和后退侧的热影响区;焊核区的硬度在厚度方向上存在一定的差异性;当N=1×10~6次时,7N01（15.0 mm）铝合金搭接搅拌摩擦焊接头的条件疲劳极限为54.85 MPa,为母材的40.4%。

激光选区熔化成形316L中孔洞类型及产生机理

激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)在金属材料复杂结构制备领域具有明显的优势。分析了SLM成形316L SS样件的内部与表面孔洞缺陷类型以及产生的机理,为缺陷的控制提供理论依据。实验结果表明,SLM成形316L SS件内部孔洞缺陷主要包括:熔池交界处的撕裂型三角形孔洞、随机分布的夹杂型孔洞、熔池中心深度较浅的不规则孔洞以及呈现聚集性分布的未熔合型孔洞。表面孔洞缺陷主要包括较浅的凹陷性缺陷以及具有细颈特征的较深缺陷,缺陷内部存在夹杂物,且在表面孔洞尖端易产生微裂纹。SLM过程中产生的飞溅物是产生内部及表面孔洞的主要原因,分析结果显示飞溅物为高温下的混合氧化产物。

激光粉末床熔融成形AlSi10Mg铝合金复杂流道构件研究

采用激光粉末床熔融技术制备不同截面与截面尺寸的长直流道试样以及复杂流道产品。研究结果表明,当流道截面尺寸小于2 mm时,激光粉末床熔融成形后流道的收缩而对残余粉末进行挤压,这将导致流道内残余粉末难以完全清除。此外,随着流道截面的增大,圆形流道上表面结合处呈现出表面质量变差的现象,而屋脊形截面流道由于倾斜角度保持不变而呈现较好的成形质量及尺寸精度。激光深穿透至非成形区粉末是造成流道上部区域粘附粉末颗粒的重要原因,而通过磨粒流、高压气流及水流等方式可以对其去除。结果表明,基于激光粉末床熔融技术设计与成形的复杂流道散热元件经X射线检测和计算机断层成像检测均无裂纹及残余粉末,并通过了2 MPa压力、保压5 min的耐压检测。最后,初步构建了复杂流道类构件的“设计—成形—检测”一体化流程。

选择性激光烧结PA6样品的力学性能研究

通过粉末床铺设置尼龙微粉,进行选择性激光烧结(SLS),制备了尼龙6(PA6)拉伸试样。分析了所制备样品在三维方向上的拉伸性能,研究了拉伸断口的微观形态。结果表明,所制备的样品致密无孔隙。激光扫描方向和面堆积方向的拉伸强度分别为42.7 MPa和42.5 MPa,高于体堆积方向的拉伸强度39.3 MPa;激光扫描方向和面堆积方向的断裂伸长率约为体堆积方向的两倍。断口分析显示,拉伸断口由裂纹萌生区和裂纹扩展区组成,裂纹起源于未熔融PA颗粒与熔融粘结PA的界面。

激光选区熔化成形2Cr13不锈钢组织与力学性能研究

对2Cr13不锈钢粉末进行激光选区熔化成形研究,开发成形工艺参数,研究不同工艺参数下熔池凝固行为,制备显微组织观察试块及力学性能测试试块,观察成形件显微组织特征并测试成形件布氏硬度、弯曲强度、室温拉伸性能。结果显示,当成形工艺参数为激光功率200 W、层厚30μm、光点间距75μm、曝光时间110μs、线间距115μm时,成形件致密度达99.75%;显微组织无孔洞,成形件纵截面熔池搭接形成鱼鳞状形貌;成形件强度高、塑性差且力学性能表现出各项异性,横向性能与锻件相近,纵向性能较弱。