激光熔覆沉积快速成形纯钛试件的性能研究

目的通过比较激光熔覆沉积快速成形（laser melted rapidly solidified forming，LMRSF）技术和铸造技术制作的纯钛试件的组织结构和力学性能，为LMRSF技术在口腔修复中的应用提供依据。方法以纯钛粉末为原料，应用LMRSF技术制作LMRSF纯钛试件6个。制作铸造纯钛试件6个作为对照。测定试件的抗拉强度和显微硬度，扫描电镜观察试件的组织结构和拉伸断口的形貌特征。结果LMRSF纯钛试件组织均匀细致，呈现针状细小晶粒，抗拉强度和维氏显微硬度分别为（510．0±21．2）MPa和（201．4±14．5）MPa，高于铸造纯钛试件[分别为（425．0±35．1）MPa和（186．5±9．5）MPa]，差异均有统计学意义（P〈0．01）。结论LMRSF纯钛试件的组织结构和力学性能优于铸造纯钛试件，更适合用于制作活动义齿支架。

光内送粉激光熔覆快速成形粉末利用率实验研究

应用自主研发的光内同轴送粉成形工艺与装置,进行了变参数条件下粉末利用率试验,与光外送粉工艺粉末利用率进行了对比分析,结果是新的送粉工艺其粉末利用率可达68%以上。

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的力学性能

激光熔化沉积(LMD)快速成形技术,利用快速原型制造(RPM)技术在无需任何模具和工装条件下快速制造任意复杂形状零件的全数字化快速制造基本原理,以新材料快速凝固激光冶金制备技术为手段,通过金属材料的激光逐层熔化沉积,直接由零件CAD模型一步完成高性能"近终形"复杂金属零件的快速成形制造。

基于激光熔覆的金属零件快速成形组织与性能

采用同步送粉法进行了镍基合金Ni25、Ni60和316L不锈钢多层激光熔覆成形试验,对不同材料的成形组织与性能进行了表征。结果表明,成形零件组织细小、致密,无缺陷,层与层之间为冶金结合;快速凝固枝晶沿最大温度梯度方向呈外延方式择优生长。力学性能测试表明,316L不锈钢零件抗拉强度达680MPa,伸长率超过40%,达到或超过铸造和冷、热轧退火零件的性能,能够满足实际使用要求。

激光熔覆快速成形光内送粉方式的研究

针对目前激光熔覆快速成形所采用的单粉管光外侧向送粉和多粉管光外侧向同轴送粉两种方式的不足,介绍了光内同轴送粉工艺下的激光束与粉末相互作用过程。

基于单点熔覆的TC4合金激光沉积成形试验

为了研究激光沉积成形对TC4钛合金组织和质量的影响,进行了基于单点熔覆沉积成形熔池凝固试验。对激光熔池的形貌和微观组织进行了研究,并对微观组织进行了成分偏析和显微硬度的检测。结果表明,熔凝组织呈典型的快速凝固现象,不存在微观组织元素偏析,晶粒主要由柱状晶组成,随功率增大,有向等轴晶转化趋势;较高的激光功率或较长扫描时间是形成良好成形组织的基础,晶粒生长大小受温度影响较大,生长方向则由温度梯度影响;熔凝组织硬度高于基体,而随功率或扫描时间增加,熔凝组织硬度减小。

Ni60/金刚石复合涂层激光熔覆粉末空间行为与成形分析

采用同轴送粉激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60/金刚石复合涂层,借助高速摄像设备对Ni60/金刚石复合粉末的空间行为进行研究,并使用高速摄像、拉曼光谱、体式显微镜和扫描电镜等设备对粉末行为和涂层形貌进行分析。重点研究了激光功率对金刚石石墨化程度、熔池大小、涂层完整性和热影响区大小的影响。研究表明:根据受到激光辐照程度,粉末颗粒可分为三种状态,在强烈辐照下的高亮状态、在较弱辐照下的低亮度状态和几乎未受到辐照的黑色原始状态。在激光辐照作用下Ni60粉末颗粒被点亮的数量远大于金刚石粉末颗粒。Ni60粉末颗粒在被点亮后保持与原始状态相同的球形形态,金刚石颗粒被点亮后同时存在不规则形态与球形形态。金刚石的石墨化程度随着激光功率的增加而增加,当激光功率为1.0 kW时,涂层具有较好的成形质量。

Ni60激光熔覆涂层成形行为与微观组织分析

采用激光熔覆技术在Q235钢基体上制备Ni60涂层,探究了激光功率和熔覆速度对涂层成形质量及其微观组织的影响。结果表明,激光功率和熔覆速度改变了熔池温度和流动性,进而影响涂层表面成形质量和微观组织。随着激光功率的增加,涂层表面成形质量改善,缺陷减少,这主要归因于激光能量的增加促进了更充分的熔化和更好的熔池流动。此外,结合区的厚度随激光功率的增加先增大后降低。较低的熔覆速度有利于获得表面成形质量良好的涂层。然而,随着熔覆速度的提高,涂层中开始出现气孔等缺陷,这是由于熔池冷却速度过快,未能充分熔合所致;结合区的厚度未发生明显变化,其组织发生一定程度的松散和粗化。

激光熔覆沉积成形NbMoTaTi难熔高熵合金的组织与强度研究

通过激光熔覆沉积技术制备应用于航空航天工业的Nb Mo Ta Ti难熔高熵合金材料,通过X射线衍射判断出成形的合金晶体结构为体心立方的单相固溶体结构。高熵合金晶粒尺寸大多在2~12μm之间;平均显微硬度为397.6HV,室温抗压强度为1301.83MPa,1000℃高温抗压强度只达到347.28MPa,其原因可能与激光熔覆沉积成形Nb Mo Ta Ti高熵合金的过程中产生的气孔、未熔化/不完全熔化的Ta粉末粒子和裂纹有关,需进一步研究。

元素添加方式对激光熔覆沉积Ti-25V-15Cr成形性的影响

目的以阻燃钛合金Ti-25V-15Cr为研究对象,主要研究V、Cr元素粉末的添加方式对激光熔覆沉积Ti-25V-15Cr合金的显微组织及成形性的影响。方法分别以经过粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)、直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)以及直接混合Ti(150mm)+V(100mm)+Cr(150mm)的元素混合粉末为原料,进行激光熔覆沉积实验,对沉积试样的高度、宽度以及显微组织特征进行研究。结果以粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)和直接混合Ti(150mm)+V(100mm)+Cr(150mm)为原料获得的沉积试样,其沉积效率显著高于直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原料的沉积试样,且沉积试样组织由相对细小的等轴晶和类等轴晶组成,而直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原料的试样组织主要由外延生长的柱状晶组成。结论以粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原材料时,在提高沉积效率的同时能够一定程度上细化晶粒。该方法对激光熔覆沉积材料的成形性、成分均匀性及显微组织具有显著影响。

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均>0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金电子束焊接头力学性能与组织

为了进一步探索激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的焊接性能,通过对激光熔化沉积快速成形钛合金之间以及与普通板材TA15钛合金电子束焊接的研究,获得了电子束焊接头力学性能与显微组织。结果表明:在力学性能方面,激光熔化沉积快速成形制造TA15接头力学性能优良,焊接系数大于0.9;在组织方面,激光熔化沉积快速成形TA15之间、激光熔化沉积快速成形和板材TA15之间焊缝中心的显微组织均为网篮组织,拉伸断裂呈韧性断裂特征。

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金钎焊接头力学性能与组织研究

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TA15钛合金的焊接性能,采用Ti-Zr-Cu-Ni系钎料对激光熔化沉积快速成形TA15之间以及与普通棒材TA15分别进行真空钎焊,通过扫描电镜与能谱分析等手段,测试了接头室温和高温力学性能,并进一步对钎焊接头界面的元素分布及钎焊接头的组织进行了分析。试验结果表明:采用Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊激光熔化沉积快速成形TA15接头力学性能优良,且表现出优异的高温性能,焊接系数大于0.9;焊缝中心的显微组织均为网篮组织,室温拉伸断裂呈脆性断裂、高温呈韧性断裂特征。

高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形研究进展

介绍了近年来高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形的研究进展,包括航空高性能金属结构件激光熔化沉积快速成形制造技术及应用;难熔金属材料激光约束熔化沉积制备与成形;钛合金激光表面改性及过渡金属硅化物高温耐磨耐蚀多功能涂层。

激光熔覆工艺参数对金属成形效率和形状的影响

针对激光熔覆再制造装备零件的快速高效熔覆成形及其控形问题,采用1 kW全固态激光器和铁基合金粉末进行了不同激光线能量和送粉量下单道熔覆对比实验,研究了激光功率、激光扫描速度和送粉量等主要工艺参数对熔覆线形状尺寸和金属成形效率的影响。结果表明:熔覆线的宽度是光斑直径、激光功率、激光扫描速度和送粉量的函数,随激光功率增加和激光扫描速度降低,熔宽增加;随送粉量增加熔高增大。成形效率随工艺参数变化具有复杂的变化趋势,随激光线能量增加和送粉量增加,成形效率一般增高。在合适的参数范围内,需要对工艺参数进行优化以获得较高的成形效率。

激光熔覆快速制造金属零件研究与发展

论述了激光快速直接制造的国内外研究和发展现状 ,介绍了激光快速制造金属零件的方法 ,重点说明了基于激光熔覆的快速制造技术和激光制造技术涉及的关键问题 :精密高质量同轴送粉熔覆系统、激光熔覆的工艺优化与稳定性和激光熔覆过程的检测与闭环控制。展示了激光熔覆快速制造的典型金属零件和应用领域。提出了激光熔覆制造进一步研究的方向。

微束等离子粉末熔覆金属零件直接快速成形研究

对微束等离子熔覆金属零件直接快速成形技术进行了初步研究。构建了该成形系统的软、硬件实施。利用该系统制造了一个由80层熔覆层堆积而成的简单空心筒状零件,其直径误差小于5%,高度和垂直度误差小于2%。对成形件的组织分析表明,成形件中部典型组织表现为短小枝晶,层与层结合处可看到明显的组织分界,结合处组织向等轴晶转变。熔覆率为132 g/h,粉末利用率为85%～90%。硬度测试表明,成形件硬度主要分布在200～260 HV,上部和底部硬度值略高于中部,硬度值为260～320 HV。

等离子熔覆快速成形铁基合金的设计及其组织和性能评价

研制适用于快速成形多层熔覆条件下的专用合金材料,是当前直接金属快速成形领域的研究热点。文中总结了等离子熔覆快速成形铁基合金的设计原则,在大量试验的基础上,设计出了一种等离子熔覆快速成形新型铁基合金,并对成形件进行了组织性能评价,为该材料的工程应用打下基础。结果表明,冶金层组织主要以固溶体结晶为主,显微硬度从表面到基体呈U形分布,合金粉末具有优良的成形性和抗裂性,能够满足快速成形多层熔覆的要求。

快速激光熔覆Ni/不锈钢堆焊层组织及耐蚀性能研究

目的提高CT90钢耐腐蚀性能的同时,大幅度提升激光熔覆效率。方法用快速激光熔覆在CT90连续油管表面堆焊一层Ni/不锈钢涂层。用扫描电子显微镜(SEM)及能谱(EDS)研究涂层组织结构特征,用电化学工作站测试涂层耐全面腐蚀和点蚀的能力,通过SEM分析试样表面腐蚀形貌。结果一次扫描后,CT90连续油管表面制备了一层约200μm厚的316L/Ni堆焊层,堆焊层由约50μm厚的扩散区与150μm厚的涂层区组成。堆焊层致密程度较高,其孔隙率仅约为0.4%,稀释率约为1.7%。熔覆层晶粒主要以柱状晶的方式垂直于熔覆层/基体界面生长,表面存在少量等轴晶区和板条形貌的晶粒。与涂层区晶粒内部相比,涂层区晶界处的Cr含量降低约1.2%。熔覆316L/Ni堆焊层后,CT90连续油管的自腐蚀电位升高约0.55 V,自腐蚀电流密度降低约95%,点蚀电位约为0.34 V。电化学测试后,CT90试样表面腐蚀严重,而熔覆层大部分区域仍保持测试前形态,少量区域发生局部腐蚀,腐蚀区域呈现蜂窝形貌。结论快速激光熔覆在保证熔覆层低孔隙率、高致密度、低稀释的同时,还显著提升了激光熔覆的生产效率。涂层能够显著提升CT90钢耐全面腐蚀及局部腐蚀的能力,使得CT90钢的腐蚀形式发生变化。

基于三维焊接熔覆的快速成形技术及其系统的发展

快速成形技术发展至今,基于焊接熔覆的直接金属快速成形已成为其研究热点和一个重要发展方向。总结了焊接熔覆快速成形技术的国内外研究现状,阐述了目前该技术研究存在的一系列问题,最后针对焊接熔覆快速成形工艺的特点,对进一步的研究提出了建议。