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高功率CO_2激光烧结金属粉末—金刚石颗粒的机理研究

蔡方寒  
【摘要】:本文采用高功率CO2激光器,对青铜-钛、青铜-钴-镍金属粉末与金刚石颗粒进行了激光烧结试验研究,旨在探索制备异形金刚石工具及其新型复合材料的新方法。 首先,通过试验研究发现,在保持光斑直径D=8.5mm,压坯厚度0.7~1.0mm,氩气流量恒定时:(1)青铜-钛金属粉末在激光烧结过程中极易氧化,表面残渣结瘤现象严重。(2)以青铜-钴-镍为主的金属粉末具有良好的激光烧结性能:①在较高激光能量输入时,烧结件微观组织为铸态“鱼骨状”类枝晶组织;在较低激光能量输入时,组织疏松,以颗粒团聚为主;在过高激光能量输入时,烧结过程变成液相烧结。②烧结件断口呈现“窝形”特征,属典型韧性断裂行为。③在一定范围内,扫描速度保持不变时,随着激光功率的提高,烧结件致密度和耐磨性能提高;激光功率保持恒定时,随着扫描速度提高,烧结件致密度降低,耐磨性能提高。而激光功率、扫描速度和线能量对烧结件抗拉强度的影响规律都具有高斯分布特征。在极值点w≈42J/mm 可获得抗拉强度最佳的烧结件。 然后,本文从理论上深入分析研究了金刚石颗粒间断条件下的金属粉末激光烧结致密化行为以及金刚石与金属结合机理:(1)金属粉末压坯激光烧结致密化行为主要是低熔点元素形成液相、高熔点元素微熔以及元素扩散形成固溶体。(2)强碳化物形成元素Cr、Fe、Co 等向金刚石偏析富聚,使得部分液相以金刚石为形核凝固,在金刚石表面形成轻微的冶金结合,镀钛金刚石周围还有Cu 偏析。 本文着重分析研究了高能激光束作用下金刚石损伤和烧结气孔等缺陷:(1)金刚石的损伤主要是烧损氧化和石墨化。在较高激光输入能量下,金刚石颗粒主要出现晶形破坏和轻微的烧损氧化;在过高激光输入能量下,同时可以观察到金刚石严


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