3D打印模具钢粉末处理系统的设计与模拟分析

设计了一种面向金属3D打印全过程的粉末处理系统,完成了系统整体结构设计,通过相关参数计算设计了动力装置、输送管道、供料器、分离器、筛分装置等组成部分。采用FLUENT软件模拟分析了18Ni-300模具钢粉末在系统中的流动情况。结果表明:提高粉末供应管道入口气流速度可以改善粉末在管道中的流动状态和输送效果。随着弯管弯径比的增大,粉末输送率会增加,压力损失会随之降低。减小分离器锥角会导致分离器分离效率提高,内部压力损失减小。提高废料回收管道入口气流速度可以增大筛分装置中废料的回收率。

3D打印生物医用钛合金粉末研究进展

钛合金具有优异的力学性能和良好的生物相容性,在硬组织植入方面应用广泛。介绍了目前常用钛合金粉末制备方法(气体雾化法、等离子旋转电极法、等离子体雾化法等)的原理和工艺特点,比较了不同方法制备出粉末的性能特点,以期为3D打印制造出性能优异的医用钛合金种植体提供思路。

Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢的热变形行为

采用熔炼、电渣重熔和气雾化法制备Co8W6Mo5Cr4V3粉末,再通过热等静压制备Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢。在不同变形条件下进行热压缩实验,研究粉末高速钢的热变形行为,根据获得的应力-应变曲线,建立热变形本构方程,绘制热加工图。结果表明:Co8W6Mo5Cr4V3粉末高速钢的流变应力随变形温度升高或应变速率减小而减小;通过本构方程预测的流变应力和实验得到的流变应力间的相关系数为0.995,可用此方程对粉末高速钢在不同变形条件下的应力进行预测;根据热加工图,粉末高速钢最优的变形温度为1 100~1 150℃,应变速率为0.1~1.0 s^(-1)。

粉煤灰对粉末3D打印磷酸镁水泥基材料耐水性能的影响

磷酸镁水泥基材料具有快硬早强的特点,适用于水泥基粉末3D打印技术。为解决粉末3D打印磷酸镁水泥耐水性能差的问题,本文开展了粉末3D打印磷酸镁水泥基材料耐水性能优化研究,研究了镁磷比对材料耐水性能的影响,优选了镁磷比(摩尔比,下同),探究了粉煤灰掺入对粉末3D打印磷酸镁水泥基材料打印性能和耐水性能的影响规律,并结合微观表征手段揭示了粉煤灰对材料耐水性能改善机理。结果表明:粉末3D打印磷酸镁水泥基材料在水养护条件下的抗压强度降低;随着镁磷比的增加,材料耐水性能相应提高;添加粉煤灰可有效提高粉床密度和打印精度,增加材料的水化产物生成量,使微观结构更加致密,提高其耐水性能;材料浸水28 d后掺入20%(质量分数)粉煤灰可使材料的抗压强度最大提高89.00%,这为改善粉末3D打印磷酸镁水泥基材料的耐水性能及拓展水泥基粉末3D打印技术的应用提供了有力支撑。

Cr_(3)C_(2)-NiCrMoNbAl热喷涂粉末制备工艺研究

热喷涂技术是一种先进的表面强化技术,热喷涂粉末材料性能好坏严重影响着涂层的性能和寿命。以Cr_(3)C_(2)、Ni、Cr、Mo、Nb和Al粉为原料,通过团聚烧结法制备了Cr_(3)C_(2)-NiCrMoNbAl热喷涂粉末,并使用超音速火焰喷涂(HVOF)技术制备了涂层。采用筛分机、扫描电镜、金相显微镜、X-射线衍射仪研究分析雾化器转速和烧结温度对粉末结构和性能的影响,并验证该粉末热喷涂涂层性能。结果表明:离心雾化器转速增加,获得的粉末粒径减小,粒度分布范围变宽;1285℃烧结制备的喷涂粉末金相结构更均匀,粉末形貌更好,粉末松装密度为2.83 g/cm^(3),将该粉末进行热喷涂,涂层的显微硬度(HV0.3)为1021±52,孔隙率为1.2±0.1%,涂层综合性能达到最优。

Ti_(2)AlC粉末粒径分布对TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料组织及性能的影响

通过不同时间的湿法球磨得到不同粒径分布的Ti_(2)AlC粉末,再与Cu_(2)O粉末和铜粉末混合,利用放电等离子烧结技术制备TiC_(0.5)-Al_(2)O_(3)/Cu复合材料,研究了Ti_(2)AlC粉末粒径分布对其组织和性能的影响。结果表明:随着Ti_(2)AlC粉末中亚微米级颗粒体积分数由0增加到70.27%,复合材料中增强相颗粒TiC_(0.5)和Al_(2)O_(3)在基体中分散更均匀,但是当亚微米级颗粒体积分数为98.07%时,增强相颗粒出现聚集现象;随着亚微米级颗粒体积分数的增加,复合材料的导电率与相对密度先减小后增大,硬度与屈服强度则先升后降,当亚微米级颗粒体积分数为70.27%时,复合材料综合性能最优异。

3D打印镍基高温合金研究进展

金属3D打印技术依照三维模型进行复杂几何形状构件的制造,可以制造传统制造手段无法实现的复杂结构,已经成为复杂高温合金构件成形的重要技术手段。然而,当采用3D打印工艺制备镍基高温合金构件时,存在原料/能量源/熔池之间的相互作用,并在大温度梯度、极快冷等条件下会进行非平衡凝固,这些特殊的过程决定了3D打印镍基高温合金有着不均匀的微观组织与各向异性的力学性能。现阶段,对增材镍基高温合金微观结构-性能-使役行为的理解比较欠缺,严重限制了其在工业领域的广泛应用。本文讨论了3D打印镍基高温合金的特点;归纳了不同制粉方式、粒径比、粉末成分、缺陷、流动性等粉末原材料特性对3D打印镍基高温合金冶金质量的影响;梳理了3D打印激光能量、扫描速度、扫描间距等工艺参数对镍基高温合金晶粒、析出相及偏析等微观组织的影响;讨论了影响3D打印镍基高温合金拉伸、蠕变及疲劳性能的因素。最后,总结了3D打印镍基高温合金发展过程中面临的问题及可能的对策,提出了一些值得探索的方向。

激光粉末床熔融成形高性能Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金的显微组织演变及力学性能

系统研究时效温度对激光粉末床熔融成形Al-Mn-Mg-Sc-Zr合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,成形态合金组织致密且无裂纹,平均晶粒尺寸为3.51μm,屈服强度为(547±3)MPa。经300℃时效后,合金组织中析出大量尺寸为2~3 nm且与基体共格的Al3Sc纳米颗粒。时效样品的屈服强度提升至(616±4)MPa,这得益于合金中的析出强化、固溶强化和晶界强化。当时效温度超过300℃时,部分Mn和Zr从固溶体中析出,形成Al6Mn和Al3(Sc,Zr)相。经500℃时效后,合金中Al6Mn相和Al3(Sc,Zr)相分别粗化至约600和30nm。此,合金的屈服强度下降至(372±3) MPa。

基于粉末床技术放电等离子烧结Si3N4陶瓷圆柱体

将平均粒径分别为150μm和50μm的SiC粉体与平均粒径分别为150μm和50μm的石墨粉体混合,得到粗粉末床(150μm SiC+150μm石墨)与细粉末床(50μm SiC+50μm石墨),粉末床中SiC与石墨的体积分数均为50%。采用粉末床技术对圆柱形Si_(3)N_(4)陶瓷预烧体进行放电等离子烧结,研究粗、细粉末床、预烧温度(1400℃和1500℃)和粉末床回收对等离子烧结Si_(3)N_(4)陶瓷圆柱体的变形程度、致密度、物相组成和显微结构的影响。结果表明,采用粗粒径粉末床、1500℃预烧温度和回收使用一次的粉末床制备的Si_(3)N_(4)陶瓷圆柱体,横截面形状保持度最高,达到93%,维氏硬度和断裂韧性分别为(18.73±0.24)GPa和(3.64±0.23)MPa·m^(1/2)。Si_(3)N_(4)陶瓷的主相为α-Si_(3)N_(4),晶粒形貌为等轴状。通过引入粉末床可克服放电等离子烧结制备Si_(3)N_(4)陶瓷制品的形状限制,有望实现高性能异形Si_(3)N_(4)陶瓷的制备。

高比表面积3YSZ粉体注射成型工艺参数优化及制品力学性能

为解决高比表面积的3YSZ陶瓷粉末难以应用于注射成型工艺的问题,以比表面积为18 m^(2)/g的3YSZ陶瓷粉末为原料,以生坯质量为正交试验的评价标准,优化得到了最优注射参数,并对烧结制品的力学性能进行了研究。结果表明:参数影响力的顺序为注射压力>保压时间>注射速度>注射温度,适用于该粉体的最优注射参数为注射温度165℃,注射压力110 kg,注射速度为85 g/s,在70 kg下保压1 s。将使用该工艺得到的生坯脱脂后,于1350℃下烧结即可得到相对密度为98.5%,维氏硬度为13.42 GPa,断裂韧性为6.47 MPa·m^(1/2)的四方多晶氧化锆陶瓷。

金属粉末3D打印用粘结剂的合成及应用研究

合成了一种金属粉末3D打印用粘结剂,进行了外观、黏度、电导率、pH、表面张力等理化指标检测,研究了粘结剂饱和度、烘干温度、烘干时间对生坯试样抗压强度的影响,对脱脂烧结体进行性能测试、金相图分析并对粘结剂存放稳定性进行验证。结果表明,该粘结剂体系稳定,可满足金属粉末3D打印应用要求,是一种性能良好的金属粉末3D打印用粘结剂。

Ti_(3)SiC_(2)替代石墨对铜基粉末冶金摩擦材料性能的影响

Ti_(3)SiC_(2)作为一种新型的金属陶瓷材料,具有良好的导热性、耐腐蚀性与高温抗氧化性。探究在动车组粉末冶金闸片中应用Ti_(3)SiC_(2)替代石墨作为润滑相对摩擦材料性能的影响。在粉末冶金闸片摩擦材料中加入不同含量的Ti_(3)SiC_(2)替代石墨,观察摩擦表面氧化膜的变化,分析Ti_(3)SiC_(2)加入量对摩擦材料力学性能和摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着Ti_(3)SiC_(2)替代石墨加入量的增加,摩擦材料的剪切强度逐渐提高,使用Ti_(3)SiC_(2)替代全部石墨(质量分数18%)时,剪切强度提高了6倍;在350 km/h高速制动时,摩擦表面形成了氧化膜,随着Ti_(3)SiC_(2)加入量的增加,氧化膜的覆盖面积不断增大并呈现连续分布状态;当Ti_(3)SiC_(2)质量分数大于9%后,在高速制动时摩擦材料的摩擦磨损量和摩擦因数明显降低,Ti_(3)SiC_(2)替代全部石墨后摩擦因数降低了36.8%,摩擦磨损量降低了67.5%。

BOPPPS模型在3D打印课程教学中的应用

改革传统课堂教学方式,实现专业知识与实践技能的紧密结合,提升学生解决金属增材制造领域工程问题的能力。探索以专业实践为导向的应用型课程教学方法。

激光重熔对激光粉末床熔合制备Ti-6Al-4V合金热稳定性的影响机制研究

研究了激光重熔(LR)对激光粉末床熔合(LPBF)制备Ti-6Al-4V合金的组织性能和热稳定性的影响。结果表明,LR处理后,LRed-Ti-6Al-4V钛合金样品内α′相热稳定性显著提升,β-Ti相出现的温度点由500℃升至700℃。热处理后,LPBF-Ti-6Al-4V钛合金内晶粒持续生长,700℃以上出现明显的“短棒状”和“粗层片状”特征;而LRed-Ti-6Al-4V样品表层熔化区内晶粒仍维持等轴特征,700℃以上的熔化区和热影响区内呈现较为均匀细小的针状组织。两组样品的表面显微硬度值随温度升高而不断降低,并且分别在700℃和850℃显著下降,β-Ti晶粒的迅速粗化是引起硬度下降的主要原因。

螺杆式金属3D打印喷头设计与成形质量优化研究

针对桌面级送丝式金属3D打印系统存在的打印材料成本昂贵的问题,设计了螺杆式金属3D打印喷头,实现了对粉末状和颗粒状316L-Pom复合材料的打印成形.基于打印工艺参数优化实验,发现影响打印件线宽误差和面粗糙度的主要因素为挤出流量,在最优面打印参数的基础上,走壁次数是影响打印件尺寸精度的最主要参数.对比分析螺杆式金属3D打印喷头与送丝式金属3D打印喷头的成形质量,发现螺杆式金属3D打印喷头的尺寸误差和面粗糙度Sa均大于送丝式金属3D打印喷头,这主要是因为螺杆挤出过程中存在挤出流量的波动.

双硬质相材料Cr_(3)C_(2)-WC-NiCoCrMo热喷涂工艺研究

采用团聚-烧结法制备了双硬质相材料Cr_(3)C_(2)-WC-NiCoCrMo热喷涂粉末,并利用超音速火焰(HVOF)喷涂技术制备了涂层,研究了粉末微观结构和热喷涂氧燃比(λ)对涂层显微组织和性能的影响。结果表明:随着烧结温度升高,喷涂粉末的松装密度和流动性增加,微观结构趋于致密;在热喷涂氧燃比固定为1.09的条件下,当喷涂粉末的烧结温度为1 295℃时,制备的涂层综合性能较好,显微硬度为(1 135.8±40.7)HV_(0.3),孔隙率为1.1%±0.1%;在喷涂粉末的烧结温度固定为1 295℃的条件下,当热喷涂氧燃比为1.0时,制备的涂层综合性能最好,其显微硬度为(1 145.8±39.6)HV_(0.3),沉积效率为48.8%,孔隙率为1.0%±0.1%。

EIGA法制备激光3D打印用TC4合金粉末

采用电极感应熔炼气雾化法(EIGA)制备激光3D打印用TC4合金粉末,研究了雾化气压对粉末收得率、粒径、粉末形貌、松装密度、流动性及空心球率等特征的影响.结果表明:随着雾化气压的增加,粉末收得率、球形度增加,而粉末平均粒径减小.雾化气压为6.0MPa时,粉末收得率超过50%,平均粒径小于100μm,松装密度为2.950 g/cm^3,流动性为2.242 g/s,空心球率低于3%.雾化气压为7.0 MPa时,非球形缺陷粉末和空心球率增加.对比雾化气压为6.0 MPa制备的不同粒径粉末,以及激光3D打印后的拉伸曲线与断口形貌,发现50~100μm粉末打印TC4合金的抗拉强度达907.7 MPa,延伸率最大达15.3%,具有良好的强韧性.

碳酸铝铵低温热分解制备α-Al_2O_3超细粉末

利用硫酸铝铵溶液和碳酸氢铵溶液的沉淀反应制备碳酸铝铵前驱体,通过在碳酸铝铵中同时添加Al2O3籽晶和硝酸铵, 使得相的转变温度从1150oC降低到950oC, 获得了尺寸均匀、团聚较小、平均粒径为90 nm的球形Al2O3超细粉末. 相变过程为:无定型→g→g+→,并没有出现高温过渡型相q相.

激发功率、退火温度及Tm^(3+)浓度对Tm^(3+)/Er^(3+)/Yb^(3+)三掺YF_3粉末上转换发光性质的影响

用水热法合成了Tm^(3+)/Er^(3+)/Yb^(3+)三掺杂YF_3上转换发光粉末,并对其进行了结构和形貌表征。对上转换发射谱的研究表明,在相对低激发功率下,可以观察到比较明亮的近白色发光,且随着激发功率的增大,上转换发射强度迅速增大并达到饱和状态,继续增大激发功率,出现发光猝灭现象。退火温度对上转换发射强度的影响表明,随着退火温度的升高,Tm^(3+),Er^(3+)的所有特征发射峰均相对增强。上转换发射谱随Tm^(3+)浓度变化关系表明,在相对低Tm^(3+)掺杂浓度下,Tm^(3+)-Er^(3+)相互作用占优势,Tm^(3+)把能量传递给Er^(3+),Er^(3+)发射相对增强;在相对高掺杂浓度下,Tm^(3+)-Tm^(3+)之间交叉弛豫过程占优势,Er^(3+)发射相对减弱。从实验结果看出,该粉末的上转换发光非常丰富,从紫外到红外均有发射,是一种潜在的白色上转换发光及三维固体显示材料。

纳米级90W-7Ni-3Fe复合粉末的烧结特性

以喷雾干燥 H2还原法制备的纳米级90W 7Ni 3Fe复合粉末为原料,采用模压成型并在800℃保温120min的条件下对试样进行预烧,研究了试样在不同烧结温度和不同烧结时间下的烧结特性,采用高倍SEM和光学金相分别对断口进行了形貌观察和钨晶粒测试;对烧结样的相对密度、抗拉强度、延伸率等性能进行了测定与分析。结果表明:保温时间为120min时,随着烧结温度的提高,试样的性能有显著的变化,当烧结温度为1390℃时,试样的抗拉强度和延伸率都达到一个极大值,分别为900MPa和13%,此时试样的相对密度为99.0%;当烧结温度为1390℃时,随着烧结时间的延长,试样的性能也有显著的变化,试样的抗拉强度、延伸率和相对密度都达到一个极大值;平均钨晶粒度为15～20μm,钨晶粒呈球形或近球形;复合粉末烧结活性高,比传统烧结温度降低80～120℃;试样中出现了W30.73Ni40.21Fe29.06过渡相。