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增材制造非晶合金最优工艺参数的高通量筛选

翟琳琳  
【摘要】:非晶合金又称为“金属玻璃”,是熔体在快速冷却过程中保留其无序的液态结构特征而形成的。与传统的晶体合金相比,非晶合金具有突出的机械性能,例如较高的弹性极限与杨氏模量之比和较高的断裂韧性等,因此可以应用在较多的工程领域。但是,传统的快速冷却制备方式所制备的非晶合金尺寸较小,非晶合金塑形较差导致难以进行后续加工处理,限制了其实际应用。激光增材制造技术为无尺寸约束制备非晶合金提供了机会。然而,一旦工艺参数不当,采用激光增材制造技术成型的非晶合金容易出现裂纹、气孔和晶化等缺陷,从而严重损害非晶合金的力学和物理性能。基于上述问题,本文以Zr_(51)Ti_5Cu_(25)Ni_(10)Al_9非晶合金为研究对象,利用超声波检测激光增材制造非晶合金缺陷的快速检测技术来高通量筛选最佳工艺参数。然后利用对缺陷敏感的超声波衰减对一系列打印工艺参数(激光功率和扫描速度)制备的试件进行检测,进而对激光增材制造制备的非晶合金工艺参数进行筛选。利用这一方法,获得Zr_(51)Ti_5Cu_(25)Ni_(10)Al_9的缺陷最少的最佳打印激光功率为1300 W、扫描速度为600 mm/min。随后采用最优工艺参数制备了大块Zr51非晶合金试件,试件的非晶组织所占比例高,抗拉强度较高,证实了高通量超声波检测的有效性。采用X射线计算机断层扫描技术,验证非晶合金Zr_(51)Ti_5Cu_(25)Ni_(10)Al_9试件内部的气孔缺陷。随着激光功率的增大,Zr基非晶合金试样的整体孔隙率增大,且大气孔的比例也越大。结合熔池流动的马朗戈尼效应,分析了原因。


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