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Ni基金属粉末激光直接烧结成形及关键技术研究

张剑峰  
【摘要】: 快速原型(RP)制造技术是九十年代发展起来的一种新型制造技术,它是CAD、激光加工、数控和新材料等学科的技术集成。这一技术与传统制造技术的最大区别在于其分层制造的思想以及从概念设计、原型制造到最终产品生成一体化的设计和加工方法,它是目前制造领域的一个研究热点。经过十几年的发展,RP的概念正在从快速原型制造转变为快速生产。这种转变预示着RP已经进入技术初成熟期。 作为快速成形技术的一个重要分支,选择性激光烧结以其选材广泛,无需支撑等优点受到广泛地重视。本文基于选择性激光烧结的技术,通过对Ni基高温合金直接激光烧结成形的研究,在以下几个方面做了具有一定创新特色的工作: (1) 采用大功率激光直接烧结Ni基金属粉末,成形块体或零件。从Ni基金属粉末烧结熔化特征入手,建立烧结模型,分析烧结成形过程,根据熔池内熔体流动情况,提出了控制熔池形状的对策,为实际烧结金属粉末成形金属零件打下可靠的理论基础; (2) 对激光烧结成形的凝固组织特征进行了研究,分析了熔池中晶核的形成、长大以及烧结体的凝固组织特征。通过扫描电镜分析,作者首次确定了激光烧结成形材料或零件的凝固组织特征,即单道烧结线的显微组织由枝晶和等轴晶二种组织组成,整个烧结体是由这二种组织一层一层叠加而成,且在沿着堆积方向上二种组织交替重复出现; (3) 通过大量的烧结试验研究,搞清了影响烧结件质量的工艺参数的种类及影响行为,详细研究了激光功率、扫描速度、扫描间距、粉层厚度等工艺参数对烧结件质量的影响,并烧结出具有一定形状和强度的零件。 (4) 针对采用大功率激光直接烧结Ni基高温合金成形金属件存在的问题,作者首次提出了研制烧结专用金属粉末,初步制备出Ni基高温合金专用金属粉末,并进行了烧结试验,成功地解决了直接烧结Ni基高温合金过程中的形球、粉末飞溅和结瘤等现象,能得到宽度和厚度一致的烧结线。


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