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《江苏大学》 2005年
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新型选择性激光烧结金属粉末材料的研究

曹松  
【摘要】:快速制造中的材料研究与开发一直是国内外快速成形(RP)技术的重要研究方向之一。当金属原型直接成形逐渐成为RP技术发展的主流时,作为一种重要的快速成形工艺——选择性激光烧结(SLS)技术,其成形材料及其成形工艺的的研究显得更为重要,对SLS金属纳米复合粉末材料的制备及成形工艺进行理论研究并进行工艺模拟优化实验研究具有重要的理论意义和实用价值。 首先,本文综述了SLS金属粉末材料和纳米粉末材料研究现状,建立了基于小功率激光器(25/50W)的SLS覆膜金属纳米复合粉末材料的理论研究模型。分析了SLS覆膜金属纳米复合粉末材料设计与制备过程中的难点与关键技术,提出了加入纳米第二相以抑制基体晶粒长大并提高致密度,在金属粉末表面包覆聚酯材料以防止金属纳米复合粉末材料的氧化,添加烧结助剂以提高金属纳米复合粉末材料的力学性能和烧结性能,金属固态相变带来的体积膨胀有效弥合有机聚合物降解后形成的空隙,反应生成的纳米第二相作为晶界空洞的填充物。 其次,本文研究了SLS覆膜Al-Fe-Ni合金系金属纳米复合粉末材料的组元配方与制备方法,并用正交试验法进行了优化,获得的材料成分配方为:90Al-7Fe-3Ni,覆膜(包衣)聚合物为乙烯-醋酸乙烯热熔胶(EVA)。 最后,分析了粉末性质、激光功率、扫描速度、反应气氛、光斑半径和预热温度等因素对SLS纳米粉末材料成形工艺的影响,研究了SLS纳米粉末材料的烧结机理,对SLS覆膜Al-Fe-Ni合金系金属纳米复合粉末材料的成形工艺参数进行了优化初选:激光功率25×80%;扫描速度3000mm/s;粉末层厚0.10mm;烧结间距0.10mm,上述研究为后续实验研究工作打下了良好的基础。 本文的研究进一步丰富、发展了快速成形理论,研究开发的SLS覆膜Al-Fe-Ni合金系金属纳米复合粉末材料具有较高的学术研究价值,在航空航天、车辆生产、兵器工业等领域有着广泛的应用前景。
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