过电位抛光增材制造双极板流道结构及性能研究

目的 研究过电位抛光对不锈钢异形截面微流道内壁成形性及双极板性能的影响。方法 采用电化学实验、扫描电子显微镜(SEM)、粗糙度测试分别对激光粉末床熔融技术成形异形截面微流道进行测试分析,研究抛光时间对微流道内壁表面形貌、典型缺陷、表面粗糙度及双极板耐腐蚀性的影响。结果 在抛光前10 min,微流道内壁的质量得到有效提升,随着抛光时间的延长,其表面粗糙度达到稳定值,同时典型缺陷也由黏粉、半熔金属颗粒等局部缺陷逐渐变化到球化、挂渣、阶梯效应等大范围缺陷,直至出现点蚀现象。抛光时间在5~15 min内,LPBF成形316L不锈钢表面质量提升,随着抛光时间的增加,其耐腐蚀性下降。结论 采用过电位抛光工艺并选择适当的过电位抛光时间,能有效提升微流道内壁成形质量及双极板耐腐蚀性能。

基于机器学习的Ti-6Al-4V合金激光粉末床熔融工艺优化

基于高斯过程回归(GPR)模型,对激光粉末床熔融Ti-6Al-4V合金的致密度和表面粗糙度观测数据进行了机器学习,得到了高致密度合金样品的激光功率−扫描速度的工艺优化窗口,并探讨了激光功率−扫描速度对表面粗糙度的影响。结果表明:获得高致密(≥99.5%)合金的激光功率−扫描速度工艺窗口呈梨形,扫描速度比激光功率对致密度影响更大,且高功率条件下适宜的扫描速度范围较宽。降低激光功率和提高扫描速度会单调增加表面粗糙度,且在低激光功率和高扫描速度下该影响更显著。同一激光能量密度下打印的合金致密度取决于具体的扫描速度和激光功率,但表面粗糙度基本相同。优化工艺窗口下样品的表面粗糙度小于10μm。实验证明GPR预测的优化工艺窗口是可靠的,该方法可拓展应用到其他合金增材工艺优化设计中。

激光功率对双激光粉末床熔融GH3536合金搭接区组织和性能的影响

多激光粉末床熔融(ML-PBF)采用多束激光并行加工,是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致,特别是激光功率会存在偏差,其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20、30、40 W的激光功率组合,探究了激光功率对ML-PBF制备的GH3536镍基高温合金搭接区组织和性能的影响。结果表明:成形试样的致密度最高可达99.6%,但搭接激光功率增大不仅会导致致密度降低至99.3%,孔隙率超过0.08%,还会导致γ相的衍射峰向大角度偏移,晶格常数降低。同时,随着搭接激光功率增大,搭接区内的晶粒尺寸由14.57μm增大至17.23μm,大角度晶界占比由36.66%上升至55.91%。搭接区内残余应力随着搭接激光功率的增大而先降低后升高,在激光功率相差30 W时降至最低值43.8 MPa。搭接区硬度随着搭接激光功率的增大而降低,由297.3 HV3降低至291.1 HV3。4组激光功率组合下制备的试样的极限抗拉强度在792.9~830.9 MPa范围内,当激光功率相差10 W时强度达到最高值,延伸率为23.7%。增大搭接激光功率会降低ML-PBF的熔凝稳定性并增大温度梯度,进而对搭接区内的微观组织、残余应力以及零件的力学性能产生影响。

激光粉末床熔融成形内部质量缺陷及其调控方法

激光粉末床熔融(Laser Powder Bed Fusion,LPBF)成形工艺的特殊性决定其在生产过程中存在巨大的温度梯度、剧烈的物相变化以及极不稳定的熔池,易使零件产生内部质量缺陷,而这些缺陷会直接影响零件的成形质量和力学性能。从致密度和残余应力两个角度出发,对LPBF成形零件的内部质量缺陷进行分类并对其典型特征、形成机理及其造成的影响进行论述。此外,分别讨论了成形工艺调控方式和新型复合制造调控方式对缺陷的调控作用,其中激光波长和光斑形貌的调整、增减材复合和多能量场复合的调控方式在未来有望成为LPBF成形工艺内部缺陷调控的重要研究方向。