扫描方式及激光重熔对激光选区熔化成形Inconel 718力学性能的影响

采用激光选区熔化技术成形Inconel 718合金,通过对抗拉强度、断后延伸率、硬度和致密度以及组织形貌的探讨,研究了扫描方式及激光重熔的工艺对Inconel 718合金力学性能的影响。结果表明,扫描方式和激光重熔对力学性能都有一定的影响。扫描方式对抗拉强度影响较大,对致密度影响较小,连续型扫描的抗拉强度最高为1059 MPa且高于铸件,不同扫描方式下的断后延伸率均高于21%;激光重熔减少了孔隙缺陷,致密度提高至99%以上,但会引发晶粒粗化和裂纹扩展,重熔前后不同扫描方式样件的抗拉强度差别都小于1%。在高温下,连续型扫描下的断后伸长率提高了15%。

光固化成形氧化铝陶瓷表面选择性金属化工艺研究

提出了一种在光固化成形的复杂陶瓷结构表面进行选择性金属化的完整工艺流程。利用光固化成形在制造复杂陶瓷结构领域内的优势,配合金属刻划在陶瓷表面留下活性金属层,最后结合化学镀铜工艺,在常温下实现三维结构以及陶瓷内表面以及复杂陶瓷表面可控定向金属化。结果表明,所得到的铜镀层具有精确度高,粗糙度小的特点,并且与基体具有优秀的结合力以及良好的可焊性。四探针电阻仪测得铜层的电阻率约为1.03 mΩ·cm。以该工艺路线制备了以Al2O3陶瓷为基体的天线结构等应用实例。实例表明,本文提出的光固化成形Al2O3以及表面金属化方法可实现复杂陶瓷微波器件的快速制造,为满足航空航天等特殊应用场景的微波器件提供了新设计制造思路。

重熔扫描对激光选区熔化成形IN718孔隙缺陷的影响

激光选区熔化技术以其一体化制造特点和对于复杂零部件制造的优势,在航空工业领域受到广泛关注,然而孔隙缺陷在成形零件中始终不可避免,通常有未完全熔合缺陷、气孔和封闭匙孔三种。针对零件成形过程中形成的孔隙缺陷,探索三种不同重熔扫描策略的最优成形工艺参数,并对重熔消除孔隙的机理进行了分析。研究表明,使用高于初次扫描的功率进行重熔能够形成足够深度的熔池以消除熔道内部孔洞,且重熔工艺还能提高成形样件的塑性性能。

金属增材制造技术

金属增材制造技术作为3D打印技术的一个重要分支,在20余年的发展中取得了显著的进展。文中简要回顾了金属增材制造技术的历史溯源,重点从制件组织结构、制件性能、制件微观缺陷、成形工艺等方面分析了针对钛合金、镍基高温合金等常用材料的增材制造技术研究新进展,探讨了增材制造技术发展所面临的技术问题以及需要重点考虑的发展方向。

激光增材制造技术在航空航天领域的应用与发展

在简要阐述激光增材制造技术原理和特点基础上,介绍其在航空航天领域应用的主要工艺:激光熔化沉积(Laser Melting Deposition,LMD)技术、激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术,归纳了增材制造材料体系及其在航空航天领域的具体应用,并探讨了激光增材制造技术的研究现状和发展趋势。

超声冲击细化FGH95镍基高温合金激光熔覆层组织

采用超声冲击工艺对FGH95镍基高温合金激光熔覆层进行处理.利用金相显微镜分析超声冲击前后激光熔覆层微观组织的变化特征,采用图像分析软件Image-Pro Plus测量晶粒尺寸,并对超声冲击处理前后熔覆层截面的显微维氏硬度进行了对比分析.结果表明,超声冲击处理后熔覆层发生塑性变形,并沿深度方向晶粒具有不同程度的细化.强塑性变形区内位错塞积现象显著,熔覆层组织形成细化的小晶块;次塑性变形区深度范围为0.1~0.25 mm,其微观组织中存在大量细化的树状枝晶;微塑性变形区内等轴晶细化至5.4μm,细化深度达0.7 mm.超声冲击处理后熔覆层显微维氏硬度显著增大,表面显微维氏硬度值最大为594.25 HV,相比未经冲击熔覆层提高1.3倍.

激光功率对激光熔覆Ni包WC涂层组织与性能的影响

采用IPG YLS-6000型大功率光纤激光器在42CrMo合金表面制备Ni包WC涂层,研究激光功率对涂层组织及性能的影响。研究表明:随着激光功率的增大,涂层组织呈粗化趋势;且在激光功率的增大过程中,涂层中WC颗粒逐渐分解为Fe-C化合物,硬度逐渐减小;当激光功率为1 800W时,显微硬度达到最大值1 050HV;Ni包WC涂层显著提高了基材的耐磨性,在同等磨损条件下,涂层的磨损量仅为基体试件的1/5,但激光功率对涂层磨损量的影响不大。

金属增材制造变形与残余应力的研究现状

金属增材制造中的变形及残余应力对于成形过程及零件性能均会产生一定的影响,两者影响因素众多,在增材制造过程中的演化尚未明确揭示。本文综述了国内外关于金属增材制造变形和残余应力的研究现状,提出"约束力"新概念,为金属增材制造变形和残余应力机理的深入研究提供了新的方法。

交变电流辅助激光熔覆的基体电场仿真

利用有限元法在ANSYS环境中模拟了不同厚宽比、不同频率下的电流分布。结果表明,厚宽比大于1的情况下,电流分布更适合于交变电流辅助激光熔覆试验。此外,当交变电流频率增加时,基体表面的最大电流密度也随之增加,这将有利于更好地将电流作用于激光熔覆的熔池。此外,验证试验表明,在激光熔覆过程中施加交变电流,可使激光熔覆层中的孔隙率降低,并能细化晶粒。

金属离子液束流增材制造研究现状及其发展

金属离子液束流增材制造技术结合了电化学沉积和增材制造的特点,具有常温金属成形和液束形式加工特征,受到广泛关注。简要回顾了金属离子液束流增材制造技术的发展溯源,针对其定域性差、加工效率低的问题,提出了基于喷射电沉积的金属离子液束流增材制造技术,并讨论了当前国内研究热点及面向特殊异形件、大型结构件、微细零部件和多功能复合结构的金属离子液束流增材制造发展趋势。

基于选择性激光烧结的结构电路一体化技术研究

为了实现结构电路一体化部件的快速制造,本文提出将增材制造技术与结构电路一体化技术相结合。传统结构电路一体化工艺基于注塑成形技术,成本高、周期长,难以实现快速制造与迭代设计。本文提出基于选择性激光烧结(Selective laser sintering,SLS)技术,开展结构电路一体化的制造工艺研究,该技术具有成型速度快、精度高等特点。尝试以激光烧结方式实现成形,随后进行激光活化和化学镀。试验结果表明可以在成形件表面快速制造出具有优良导电性能的镀铜区域。

电磁辅助激光熔化沉积的残余应力

针对激光熔化沉积内部残余应力较大的问题,对其产生的机理作了分析。基于电磁场的应用原理,提出电磁辅助激光熔化沉积以降低其残余应力的方法。利用ANSYS参数化编程语言APDL模拟了电磁辅助激光熔化沉积的过程,分析了成形件残余应力的变化规律,结果表明同步加载轴向电磁力能较好地消减成形件内部残余应力。采用X射线衍射结合电解腐蚀的方法进行深度方向的残余应力测量试验,试验结果验证了电磁辅助的有效性。

AlSi10Mg铝合金激光熔化沉积显微组织及力学性能

为了提高同轴送粉激光熔化沉积技术AlSi10Mg铝合金的成形质量,文中通过单道扫描试验、块体成形试验和拉伸性能测试研究不同工艺参数下试样致密度、组织和性能变化趋势及原因,并进行优化.结果表明:试样成形质量受能量密度和扫描间距影响;拉伸性能可通过减少组织缺陷、增强固溶强化效果两种方式提高.工艺优化后,单道表面光滑,无球化现象,块体试样致密度良好,无大尺寸孔隙和裂纹,致密度提高至99. 2%;试样显微组织为具有定向快速凝固特征的Al-Si共晶形貌,存在胞晶、柱状树枝晶和发散树枝晶3种组织,随着冷却速率的增大,Si相在Al基体中的溶解度增加至7. 6%,固溶强化效果增强.因此,通过工艺参数优化可得到性能良好的激光熔化沉积AlSi10Mg试样,拉伸强度可达292 MPa,较铸件提高了33%.

激光选区熔化成形LaB_(6)增强316L不锈钢的组织及力学性能

为进一步提高激光选区熔化成形316L不锈钢制件的力学性能,在316L不锈钢粉末中添加LaB_(6)稀土材料,分析其对成形样件显微组织、显微硬度、拉伸性能和耐磨性能的影响。结果表明:微量添加LaB_(6)的316L不锈钢材料其激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形工艺窗口发生了偏移,在获取同等致密度制件的条件下可进一步降低激光功率密度;添加的LaB_(6)稀土材料改变了316L材料熔池的熔凝行为,致平均结晶晶粒细化,显微硬度、拉伸强度、屈服强度和耐磨性能得到提高。

选区顺序对激光直接制造TC4残余应力及变形的影响

为降低激光直接制造大型TC4构件的基底变形及残余应力,研究了不同选区顺序对分区扫描成形时基底变形及残余应力的影响。分别采用新定义的由外而内、由内而外选区顺序及常规的随机选区顺序进行沉积实验,并运用面结构光及X射线衍射检测方法对基底变形及沉积层残余应力进行测量。结果表明:不同选区顺序对成形件基底变形及残余应力影响显著,采用由外而内选区顺序可大幅减小基底变形,与随机选区顺序相比,基底最大变形量降低60%,但是在沉积层引入了较大的残余应力,最大残余应力达到了392 MPa;随机选区顺序下沉积层残余应力量级较小,最大残余应力仅约93 MPa,残余应力分布更为均匀。因此,分别采用由外而内及随机选区顺序进行前后期成形有利于减小和平衡大尺寸TC4成形件基底变形及残余应力。

陶瓷吸波超材料结构光固化增材制造工艺研究

陶瓷超材料吸波器具有耐高温、高强度、可完美吸波的特点,其结构复杂且具有周期性,是一种新兴的吸波器件。但传统成形方式在复杂结构制造上存在一定的局限性。本文提出一种基于光固化增材制造氧化铝陶瓷表面镀铁氧体的方法实现周期性复杂结构的陶瓷超材料吸波器。使用氧化铝粉末和光敏树脂,配制出可供3D打印的氧化铝陶瓷浆料,利用3D打印机成形氧化铝陶瓷坯体。根据TG‑DSC热分析法,确定了陶瓷坯体的脱脂工艺参数,烧结出氧化铝陶瓷样件。再利用浸渍法在氧化铝样件表面镀铁氧体膜,并烧结使其致密化。使用SEM观察样件表面形貌,通过X射线衍射分析物相组成,利用划痕法测试镀层的结合力。结果表明,本文提出的方法可以实现周期性复杂结构的陶瓷吸波器快速制造,为新型超材料吸波器的设计与制造提供了新的思路。

激光选区熔化成形Al-Si系合金的改性工艺研究现状

通过对粉末的成分进行调控,激光选区熔化成形技术可以快速成形具有不同元素组成的合金零件,结合已有研究成果对Al-Si系合金改性工艺进行了总结。首先详述了基于SLM增材技术的Al-Si系合金制造的成形特点,相比其他成分的铝合金,其成形效果较好但强度较低;其次,介绍了Al-Si系合金添加纳米颗粒或其他合金元素以有效实现其性能增强的研究;最后,考虑到Al-Si系合金成形后脆性较高,介绍了SLM成形Al-Si系合金的相关后处理研究。基于以上,针对未来SLM成形高强度Al-Si系合金在航空航天领域中的应用前景进行了展望。

激光修复GH4169镍基高温合金的弯曲性能

基于激光修复技术,采用镍基高温合金FGH95粉末对航空发动机常用材料GH4169合金进行不同激光线能量密度q下激光修复对比试验,对修复试样进行弯曲性能测试与金相分析。研究激光线能量密度对修复试样弯曲性能的影响,探讨激光修复后试样弯曲性能变化的微观机理。结果表明:修复试样弯曲强度与无损试样接近,基本达到无损试样的弯曲性能。当q=120.0J/mm2时,修复试样弯曲强度最大,为827.16 MPa,高于无损试样0.5%。随着激光线能量密度的增加,修复试样弯曲强度先增加后减小。在较高激光线能量密度下(154.3J/mm2),因修复区组织枝晶粗化,导致修复试样弯曲性能下降。

Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti_(3)Al复合材料力学性能的影响

利用原位合成的思路制备Ti-Ti3Al金属复合材料是提高钛基复合材料性能的好方法。通过选区激光熔化(SLM)技术和原位合成技术对不同混合比例的Ti-AlSi10Mg复合粉末进行成形试验,研究Al含量对SLM制备原位自生Ti-Ti3Al金属复合材料显微组织和力学性能的影响,并分析其物相、显微组织、显微硬度、耐磨性和拉伸压缩性能。试验结果表明:Al元素在成形过程中进入了Ti晶体中,形成了Ti-Al置换固溶体,对样件进行固溶强化,且会析出Ti3Al增强相颗粒。随着Al含量的增加,样件的力学性能逐步提升。显微硬度显著提高,当Al质量分数为10%时,硬度提升到538.56 HV,达到纯钛(220.59HV)的2倍以上。耐磨性提高,样件的平均摩擦因数逐渐下降。抗压强度最高达到1653.9MPa,较纯钛样件提升164.48%,且优于退火后的纯钛板材(400~450MPa)和SLM成形的TC4合金(1128MPa)。抗拉强度随着Al元素的上升,先上升后下降,但依然高于纯钛样件。通过原位合成思路与SLM技术的结合,对复合材料性能的提升具有重要意义。

选区激光熔化钛合金成形工艺和表面形貌研究

针对TC4钛合金材料进行选区激光熔化单道扫描和多道搭接工艺实验。通过改变激光功率和扫描速度来探究工艺参数对TC4成形效果和表面形貌的影响机理。对实验中出现的断续、球化、鱼鳞纹和"爆粉"等现象进行分析和优化。结果表明,激光功率和扫描速度对熔道宽度和高度有较大影响,选择合适的工艺参数窗口才能得到连续干净的熔道。熔池的对流运动会导致鱼鳞纹状凝固痕迹,且随着扫描速度增加,鱼鳞纹由圆润变得尖细。能量密度对多道搭接成形表面球化颗粒有较大影响。能量密度过大会导致"爆粉"现象,可以通过降低激光功率或提高扫描速度来预防。