基于脉冲激光的Inconel718粉末分层沉积微结构工艺研究

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基于脉冲激光的金属分层沉积制造是目前 3D 打印技术的研究热点和前沿问题。该技术主要是将三维实体进行切片化处理，得到若干个二维平面，行业内称之为“降维处理”，通过激光热源逐层熔化堆叠成型目标实体。相对于传统加工方式而言，该工艺不但加工简单，精确度有一定保证，还极大的缩短了生产周期，具有巨大的市场潜力，已经在航空、医疗、汽车等相关领域有了广泛的应用。目前，基于脉冲激光的金属结构分层沉积技术主要以选区激光熔化（Selective Laser Melting, SLM）工艺为主，其理论及工艺研究日趋完善。但是，SLM工艺通常需要高规格高成本的设备及其专用熔融粉末，工艺成本偏高制约了其在民用工业的大范围使用。本文提出了一种低成本的金属结构分层沉积方法，利用激光点焊机的激光光源，以及国产金属粉末，精确控制熔融层厚度，采用分层制造原理进行金属微结构的直接成形，称之为准SLM。在保证成形质量的前提下，大幅度的降低制造成本。首先，深入分析了脉冲激光成形Inconel718合金粉末的工艺原理，利用ANSYS仿真软件对该工艺过程建立了物理模型，并研究分析了分层厚度、激光功率、激光移动速度与合金粉末内部温度场之间的关系；第二，对基础工艺参数（激光频率、脉冲宽度、扫描速度、峰值电流、分层厚度）进行了单层单熔道单因素分析，确定了各个参数的合适范围以及最佳的参数组合，结合实验结果进行了单层多道、多层多道的实验，确定了合适的线条搭接率与扫描策略；第三，根据所选择的工艺参数，在光滑表面成形了大小合适的微凸阵列，并研究不同间距的微凸阵列在润滑充足的情况下的摩擦系数变化趋势，是否相对于光滑表面有所改善；第四，利用最佳参数组合成形了相应的特征结构，并分析成形样件的整体质量；第五，对所制备的实体样件进行测试分析，包括硬度、金相组织与致密度等方面，综合表征样件的各项性能，为应用研究提供基础数据。研究表明：该工艺方法在一定条件下，能够获得沉积质量良好的金属结构。采用粉末粒度15μm-50μm，分层厚度200μm，激光频率12Hz、脉冲宽度1.4ms、峰值电流100A、扫描速度2.5mm/s能获得较好的成形质量。在优化工艺参数后，成功获得了不同的倾角结构、变密度网格结构和蜂窝单元结构，成形件的成形精度良好，内部组织致密，没有明显的缺陷，致密度达95.75%。同时，对脉冲激光沉积微凸面形貌织构进行了初步探讨，制备出了不同密度的表面织构，并证实了织构化表面的减摩特性，而且表面织构分布密度为51.02%时的摩擦系数相对于光滑表面降低了12.5%。

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作者
范宇开;
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作者单位

青岛理工大学;

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授予单位青岛理工大学;
学科机械工程
授予学位硕士
导师姓名彭子龙;
年度 2018
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类
关键词
脉冲激光; 粉末; 沉积; 微结构;
入库时间 2022-08-17 11:01:04

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