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金属/高分子复合粉末激光烧结成形及后处理研究

陈继兵  
【摘要】: 选择性激光烧结是一种比较成熟的快速成形技术,利用激光烧结实现金属零件和模具的快速制造,具有广阔的应用前景,也是目前研究的热点和难点。在国外,激光烧结覆膜金属粉末可以间接成形金属零件,而且这项技术已成功应用在模具工业上,但由于技术垄断和对材料及工艺都保密,我国难以掌握和应用。本文的目的就是研究选择性激光烧结间接成形金属/高分子复合粉末材料及其相应后处理工艺。主要研究内容和结果如下: 研究了环氧树脂粘结剂与金属均匀混合粉末作为SLS成形材料,这种粉末具有制备简单,成本低,成形性好的优点。根据高分子聚合物与金属材料粘接性能的好坏,选择E-20和E-12两种环氧树脂作为粘结剂,并选择单一金属粉末材料如316L和电解铁粉以及复合金属粉末材料(Fe-Cu-C、Fe-Cu-Ni和Fe-Cu-Ni-C)作为结构材料,并确定了粘结剂和结构材料的成分配比。 对环氧树脂与金属均匀混合粉末的激光烧结机理做了探讨,从实验上分析了激光功率,扫描速度,扫描间距,单层层厚四个激光烧结工艺参数对形坯强度和精度的影响。用正交试验方法优化了激光烧结的四个工艺参数,优化的工艺参数为:激光功率为14W、扫描速度为2000mm/s、扫描间距为0.1mm、单层层厚为0.1mm。对形坯的清粉处理、脱脂降解、高温烧结等后处理展开了研究。总结出一系列对不规则零件的清粉处理方法;分析了降解温度、保温时间、保护气氛对降解过程的影响;分析了高温烧结的机理和过程,高温烧结参数对烧结件性能的影响,总结了烧结收缩规律,给出减小和补偿烧结收缩的措施。 对烧结后的毛坯采用改性环氧树脂进行浸渍,以改善零件的机械性能。分别研究了浸渍试样前后的拉伸性能,同时采用DSC、TGA和SEM分析方法分别研究了浸渍温度、固化温度、固化时间以及渗入树脂后毛坯的耐热温度和微观组织,结果表明:浸渍后毛坯试样的拉伸强度也得到了极大的提高,达到近4倍,而且毛坯的致密度也得到提高,同时毛坯耐热温度可以达到200℃。通过本文的研究,可以得出结论,采用上述方法可以制造注塑模,而且能够满足对金属零件和模具要求比较的用户需求。


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