SiC_p/AlSi10Mg激光选区熔化成形组织及性能研究

为研究激光选区熔化(SLM)成形工艺参数(激光功率和扫描速度)对SiC p/AlSi10Mg致密度和机械性能的影响规律,通过对SiCp/AlSi10Mg复合材料进行SLM成形,采用光学显微镜和扫描电子显微镜观察SiCp/AlSi10Mg复合材料显微组织及形貌,采用阿基米德排水法测试其致密度,同时对成形件的显微硬度进行分析。研究结果表明:所制备试样中SiC增强颗粒分布较为均匀,并与基体结合紧密。获得的SiC p/AlSi10Mg成形件最高致密度可达到96.54%,其SLM的表面硬度远高于铸件标准;激光功率作为影响材料微观组织及力学性能的因素之一,决定了能量密度(η)的大小,当η达到48 J·mm-3时,成形试样的显微硬度平均值为240.06 HV。研究为SLM成形SiCp/AlSi10Mg复合材料在航天和空间领域的应用提供了理论基础和实验依据。

热处理对激光粉末床熔融AlSi10Mg合金热物理性能的影响

采用激光粉末床熔融(laser powder bed fusion,LPBF)法成功制备AlSi10Mg合金样品,研究130℃/4 h时效处理、236℃/10 h退火处理和540℃/1 h固溶处理三种热处理工艺对AlSi10Mg合金样品的微观组织的影响,以及热处理后AlSi10Mg合金在室温~400℃的温度范围内热膨胀系数和热导率演变规律。结果表明:时效处理后铝基体中析出球状的Si颗粒,仍然保留完整的网状共晶硅组织;退火后,网状共晶硅完全消失,球化Si颗粒均匀分布在基体中;固溶处理后出现大的块状Si颗粒,尺寸在1~3μm;经过热处理之后AlSi10Mg合金的热物理性能均优于打印态。退火处理后的合金样品在室温到400℃的热膨胀系数为1.64×10^(−5)~2.1×10^(−5)℃^(−1),平均热导率为179.6 W·m^(−1)·K^(−1),性能优于时效处理和固溶处理。

AlSi10Mg选区激光熔化表面粗糙度预测、优化及表面形貌分析

目的选区激光熔化制造过程相当复杂,通过理论模型去研究表面粗糙度较为困难,因此采用数据驱动的方式进行研究是一种可行的方案。方法基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络来预测表面粗糙度,并对比验证该模型的适用性。首先进行三因素四水平全因素试验,其次,以激光功率、扫描速度、扫描间距为输入,以粗糙度为输出,建立模型。然后,利用遗传算法优化预测模型,从而获得最佳工艺参数组合。最后,分析不同工艺参数下成形零件的表面形貌,探究各参数及其耦合关系对表面质量的影响。结果最佳工艺参数为扫描间距0.12 mm、扫描速度1800 mm/s、激光功率280 W,预测表面粗糙度为10.407μm,调整工艺参数进行实验,得到的样件的平均表面粗糙度为10.897μm,与预测值相比,误差仅为4.5%。工艺参数对表面形貌的影响从大到小的顺序为扫描速度、激光功率、扫描间距,各因素间存在耦合作用,且共同影响激光能量密度,能量密度过高、过低均会使表面形貌恶化。结论基于麻雀算法优化双向长短期记忆网络构建的数据驱动预测模型适用于粗糙度的预测与优化,能够实现对样件表面粗糙度的精准预测,可以指导实践,保证加工质量。

选区激光熔化AlSi10Mg蜂窝夹层管制备及其力学性能研究

目的研究SLM工艺参数对蜂窝夹层管残余应力、变形以及力学性能的影响。方法采用正交试验法研究了不同工艺参数对选区激光熔化成形零件残余应力和变形的影响。通过有限元模拟的方法,仿真AlSi10Mg蜂窝夹层管的3D打印过程,得到成形管件的残余应力分布及变形程度。制备蜂窝夹层管3D打印试样,将实心管作为对照组,对比测试管件在轴向压缩、径向压缩及三点弯曲条件下的力学性能。结果激光功率对残余应力和变形的影响最大。采用最优参数组合打印的管件微观形貌中不同熔池之间呈现出相互交错的结构,致密度达99.78%。轴向压缩中实心管的承载极限为497 MPa,蜂窝夹层管的最大承载极限为390 MPa。在径向压缩条件下,蜂窝夹层管承载能力是实心管的86.62%。在三点弯曲试验中蜂窝夹层管出现2次波峰,承载极限为52 MPa,与实心管的承载极限非常接近。结论确定最优参数组合为:激光功率200 W、扫描速度1200 mm/s、扫描间距100μm,蜂窝隔板厚度0.6 mm、蜂窝孔对边距离5 mm。相同尺寸的蜂窝夹层管相较于实心管质量可以降低22.68%,其力学性能降低并不明显。

激光功率对选区激光熔化成形CeB_(6)/AlSi10Mg力学性能的影响

用选区激光熔化成形方法在不同激光功率下制备了CeB6/AlSi10Mg合金,借助激光共聚焦检测仪、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和万能试验机研究了合金表面的显微组织、粗糙度、致密度和力学性能。结果表明:当激光能量密度为64.81 J/mm3时,合金表面的显微组织缺陷最少,三维表面粗糙度最小,致密度最大。添加CeB6有利于提高合金的微结构。在合适的成形参数下,添加CeB6的AlSi10Mg合金的抗拉强度明显高于未添加的AlSi10Mg合金。

基于GA-GRNN的AWJ强化3D打印AlSi10Mg表面性能实验研究

为提高磨料水射流(Abrasive Water Jet,AWJ)强化工艺对3D打印AlSi10Mg表面性能的强化效果预测的准确性及高效性,首先开展磨料水射流强化AlSi10Mg表面强化实验;然后分别以表面硬度和表面残余应力作为目标,基于遗传算法-广义回归神经网络(Genetic Algorithm-Generalized Ragression Neural Network,GA-GRNN)对实验数据样本进行训练,建立3D打印AlSi10Mg表面性能预测模型;最后,利用遗传算法对建立的神经网络预测模型中的AWJ强化主要参数进行优化。研究结果表明,经过磨料水射流强化后的AlSi10Mg表面硬度与表面残余应力均得到有效提高;建立的GA-GRNN预测模型与校验值误差在2.3%以内,具有较高的准确性;经遗传算法优化后,得到表面硬度最佳参数组合:射流压力为33 MPa,磨料粒径为0.15 mm,靶距为12.4 mm,此时表面硬度为159.25HV;表面残余应力最佳参数组合:射流压力为40 MPa,磨料粒径为0.13 mm,靶距为15 mm,此时表面残余应力为-137.4 MPa。为后续磨料水射流强化零件表面的参数选择提供数据支撑。

原位表面改性的纳米WC/AlSi10Mg合金增强机制

采用静电自组装工艺合成-系列不同纳米WC含量的表面改性Al Si10Mg粉末,并使用激光选区熔化(SLM)技术制备纳米WC/AlSi10Mg复合材料。结果表明,SLM制备的纳米WC/AlSi10Mg材料中形成多种Al-W金属间化合物相,通过(002)(α(Al))//(104)Al_(5)W的取向关系,证实具有4.7%的低晶格失配度的Al/Al5W可形成良好共格界面。纳米WC颗粒和Al-W相可促使柱状晶转变为等轴晶,获得精细的等轴晶组织。同时,SLM制备的3%(质量分数)纳米WC/Al Si10Mg复合材料具有最优的力学性能,抗拉强度为(464.1±8.68) MPa,伸长率为(5.6±0.95)%。此外,与其他WC/AlSi10Mg复合材料相比,SLM制备的3%WC/AlSi10Mg样品的平均摩擦因数和磨损率最低,分别为0.429和3.842×10^(-5)mm^(3)/(N·m)。力学和磨损性能的提升主要归因于晶粒细化和第二相析出强化作用。

SLM成形AlSi10Mg合金及SiC/AlSi10Mg复合材料的耐蚀和耐磨性能

利用SLM成形制备SiC/AlSi10Mg复合材料,采用XRD,SEM,EDS,EBSD,电化学方法和摩擦磨损实验分析其物相特征、微观组织和耐蚀、耐磨性能,并与SLM成形AlSi10Mg合金进行对比。结果表明:在3.5%(质量分数)NaCl溶液中,SLM成形SiC/AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度(2.0827μA/cm^(2))小于SLM成形AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度(3.389μA/cm^(2)),同时SLM成形SiC/AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度(7.1 nm)大于AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度(1.9 nm),说明SLM成形SiC/AlSi10Mg试样耐蚀性能更优。究其原因为,SiC加入后引起晶粒细化、大角度晶界比例增多及铝基体连续性破坏,进而导致腐蚀速率减缓,耐蚀性能增强。此外,与SLM成形AlSi10Mg合金的硬度(103.58±7.41)HV_(0.2)相比,SLM成形SiC/AlSi10Mg复合材料的硬度(207.68±16.02)HV_(0.2)大约是前者的2倍,硬度明显提高,耐磨性能增强;SLM成形AlSi10Mg和SiC/AlSi10Mg的磨损机制均以磨料磨损和氧化磨损为主。

固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金显微组织、拉伸性能和残余应力的影响

利用光学显微镜、场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、拉伸实验和拉曼光谱仪研究固溶处理对激光选区熔化AlSi10Mg合金的显微组织、拉伸性能和残余应力的影响规律。结果表明:沉积态合金组织细小,强度较高,但存在明显的各向异性和较大的残余拉应力。直接人工时效后,抗拉强度和屈服强度均明显提升,但熔池和共晶硅的形貌与沉积态合金基本相同。固溶处理可以显著改善组织和拉伸性能的各向异性,彻底消除残余拉应力,但导致组织粗化,合金的抗拉强度和屈服强度仅为沉积态的50%左右。在固溶处理的基础上进行人工时效,合金的组织特征、各向异性和残余应力情况无明显变化,抗拉强度和屈服强度分别达到330 MPa和270 MPa,断后伸长率约为10%~11%。人工时效后强度的提升主要得益于GP区的析出。

选择性激光熔化AlSi10Mg微波组件表面质量的影响因素研究

微波组件内部结构复杂且壁薄腔多,对表面质量的要求较高。传统的加工方法影响了微波组件的加工效率和成品率,而选择性激光熔化制造出的金属零件具有均匀细密枝晶组织和优良的质量。本文设计了微波组件脊喇叭的结构,建立了脊喇叭SLM工艺流程,采用正交试验法研究激光功率、扫描速度和扫描间距这三个参数在选择性激光熔化过程中对AlSi10Mg脊喇叭表面质量的影响。试验结果表明,影响表面粗糙度的主要因素是扫描间距,激光功率和扫描速度为次要影响因素,最佳工艺参数组合为激光功率为350 W、扫描速度为1 200 mm/s和扫描间距为0.08 mm,从SLM工艺参数的角度为提高微波组件成形表面精度提供了依据。

真空气雾化法制备AlSi10Mg粉末参数优化及打印态组织性能研究

目的探究利用真空气雾化法制备AlSi10Mg球形粉末过程中各参数对粉末质量的影响,以得到最佳的制粉工艺参数。以制备的粉末进行增材制造,研究块体组织及其力学性能。方法针对制备的球形粉末,采用扫描电镜(SEM)观察粉末的球形度及其内部组织。通过分析球形粉末的平均粒径与粒度分布区间总结最优制粉参数。针对以球形粉末增材制造出的沉积态样品,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)研究其微观组织形貌并通过拉伸试验研究其力学性能。结果真空气雾化法制备出的粉末表面光洁且球形度良好,同时粉末平均粒径随雾化压力的增大呈现先减小后增大的趋势并在4.0 MPa时粒径最小,且与环孔喷嘴相比,环缝喷嘴制备出的粉末粒径更小。粉末内部组织由胞状晶与树枝晶构成。通过SLM制备的沉积态样品组织以沿沉积方向的枝晶为主,该样品的力学性能较优异,断裂方式主要为沿晶断裂。结论在使用真空气雾化法制备增材制造用球形粉末时,应选择4.0 MPa的气雾化压力并选择环缝喷嘴,方能得到质量最佳的球形粉末。

不同热处理方式对AlSi10Mg点阵结构压缩性能的影响

本研究针对选择性激光融化制造的AlSi10Mg点阵结构,系统探讨了不同热处理方式对其微观结构及压缩性能的影响。通过准静态压缩实验评估了压缩性能,并深入研究了热处理方式与微观结构以及性能之间的相互关系。结果显示,不同热处理方式对AlSi10Mg的微观结构和压缩性能产生了显著影响,为后续选择性激光融化制造的AlSi10Mg合金的力学性能和微观结构研究提供了重要参考。特别值得注意的是,经过实验验证,最佳的热处理工艺为525℃-2 h-空冷 + 180℃-6 h-空冷。

激光熔覆工艺参数对AlSi10Mg涂层气孔及性能的影响

文中利用激光熔覆技术在ZL205A铝合金表面制备了AlSi10Mg涂层,研究了送粉速率和扫描速度对熔覆层气孔缺陷的影响,采用光学显微镜观察涂层的微观结构,利用显微硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆层的性能进行检测。结果表明,涂层中的气孔沿着马兰戈尼对流的方向分布,低送粉速率和较快的扫描速度可以控制涂层的孔隙;涂层底部为柱状晶,中部为柱状晶向胞状晶的过渡区,顶部区域主要为胞状晶;显微硬度最高的涂层耐磨性也显著提升。

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金研究进展

基于粉末床技术的增材制造AlSi10Mg合金,因其快速制造、设计灵活性高、成本低等优势,在汽车和航空航天等领域具有广泛的应用前景。然而,由工艺参数不当引起的孔隙和裂纹等缺陷,以及与熔池相关的独特微观结构,仍然影响打印部件的性能,这是激光选区熔化(SLM)面临的主要问题之一。而在电子束选区熔化(EBM)制造AlSi10Mg合金中,元素蒸发导致的强度下降是其主要问题,且技术应用较少。本文对SLM和EBM两类技术在AlSi10Mg合金中的应用现状和难点问题进行了总结与对比,两类技术所制造的打印部件在组织和性能上呈现出明显的差异。求解工艺−组织−性能之间的关系,以及开发增材制造技术(AM)专用合金粉末体系,是SLM和EBM技术打印AlSi10Mg合金共同面临的挑战,因此有必要进行综合考虑。同时,针对这些问题,本文讨论了未来的研究方向与发展趋势。

SiC_(p)体积分数对SLM成形SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料组织及力学性能的影响

为了解SiC_(p)体积分数对SLM成形SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料的力学性能的影响规律,本文通过改变SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料中SiC_(p)的体积分数,研究了不同SiC_(p)体积分数下复合材料的显微组织及力学性能变化规律。研究结果表明:随着SiC_(p)体积分数的增加,复合材料的中的冶金孔洞的增多及Si形貌的改变是其力学性能降低的主要原因。当SiC_(p)体积分数为3%时,复合材料的抗拉强度及延伸率最高,分别达到417.3MPa和4.9%。

SiC含量对激光选区熔化制备SiC_(P)/AlSi10Mg复合材料组织与性能的影响

采用激光选区熔化(SLM)成形技术分别制备了SiC颗粒含量15wt%、30wt%的SiC_(P)/AlSi10Mg复合材料。研究了SLM工艺参数扫描速度对不同SiC颗粒含量的复合材料致密度、显微组织、显微硬度的影响规律。结果表明,随着激光扫描速度的升高,两种复合材料的致密度、显微硬度均降低。同一工艺参数下,随SiC颗粒含量升高,基体中出现大量孔洞、裂纹、未熔颗粒等缺陷,导致致密度降低。激光功率490 W、铺粉层厚0.04 mm、扫描间距0.12 mm、扫描速度1000 mm/s的工艺参数下,SiC颗粒含量15wt%时,可达到最大相对密度96.2%,而增加SiC颗粒含量至30wt%,最大相对密度仅为90.2%。随着SiC颗粒含量的增加,基体中位错密度升高,导致显微硬度增大,最大显微硬度可达228.5HV0.2,与SLM成形的未添加SiC颗粒AlSi10Mg显微硬度相比有明显升高。

选区激光熔化工艺参数对SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料致密度和硬度的影响

为提高选区激光熔化(SLM)成型SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料的致密度,采用Box-Behnken曲面响应法系统研究了激光功率P、扫描速率V、扫描间距S三个工艺参数与成型件致密度的关系,获得了SLM工艺参数和致密度的关系模型和最佳工艺参数。研究结果表明:扫描速率V、激光功率P、扫描间距S对SLM成型SiC_(p)/AlSi10Mg复合材料致密度的影响程度依次降低。当激光功率为250 W,扫描速度为1200 mm·s^(-1),扫描间距为0.1 mm时,该复合材料的最高致密度可达97.72%,显微硬度为240.8 HV。响应面致密度模型优化下的工艺参数预测致密度最高为97.88%,与本实验结果具有较高吻合性。

激光增材制造与砂型铸造AlSi10Mg合金组织及力学性能对比研究

选用增材制造行业较为成熟的选择性激光熔化(SLM)增材制造和3DP砂型模具铸造两种工艺成形的AlSi10Mg试样,从组织、力学性能等方面研究两种工艺成形的AlSi10Mg合金试样组织和力学性能。研究结果表明,在45°方向添加支撑的情况下,SLM增材成形90°、45°、0°三个方向打印的试样,方向每减小45°,强度增加20 MPa,采用300℃2 h去应力退火工艺能消除这种性能方向性差异。SLM工艺成形的AlSi10Mg合金力学性能明显比3DP的更优,稳定性更好。

B_(4)C/AlSi10Mg复合材料激光选区熔化成形工艺及性能研究

颗粒增强铝基复合材料因其卓越的综合性能而备受关注,选区激光熔化技术为复合材料的制备提供了新的路径。采用SLM技术成形不同含量B_(4)C颗粒增强AlSi10Mg复合材料,研究了成形工艺参数(激光功率、扫描速度和扫描间距)对成形件显微组织、致密度和力学性能的影响规律。结果表明,B_(4)C/AlSi10Mg复合材料试样内部孔洞和裂纹较少,B_(4)C颗粒在铝基体中分布均匀,与AlSi10Mg基体有良好的结合。在激光功率240 W,扫描速度1400 mm/s,扫描间距0.13 m的工艺条件下,3%B_(4)C/AlSi10Mg(质量分数)复合材料致密度最高达到99.39%。当B_(4)C颗粒含量提高至5%时,尽管硬度有所提升,但致密度、抗拉强度及断裂伸长率均有下降。

工艺参数对选区激光熔化成形AlSi10Mg合金缺陷的控制与分析

研究了选区激光熔化(SLM)AlSi10Mg合金工艺参数对组织性能的影响,在不同工艺参数下成形了AlSi10Mg合金试样。结果表明,激光功率350 W是最佳热输入,可以将成形过程中的热毛细对流及表面张力控制在对合金质量最有利的状态。扫描间距为0.09 mm是熔池搭接率最佳的参数,既可以使足够的液相进入重叠区,又可以将重叠区的多次热影响所造成的缺陷降至最低。在激光功率350 W、扫描间距0.09 mm下成形试样的致密度最高(为99.2%),缺陷最少。试样的综合力学性能最好,抗拉强度为495.02 MPa,延伸率为9.675%,显微硬度为135.67 HV。