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松香酒精粘结铺粉激光金属成形工艺研究

陈伟  
【摘要】:针对目前激光增材制造过程中,同步送粉法粉末利用率不高,浪费极大,需要考虑粉末对环境的污染及粉末回收,粉末粘结法铺粉厚度不易控制,在激光成形过程中,粘结层易脱落,且粘结剂的气化分解易使成形层受到污染等问题。首先研发了一种金属粉末浆料铺粉激光成形工艺,针对其工艺流程繁琐,工艺时间较长等问题,进行改善优化,研发了松香酒精粘结铺粉激光金属成形工艺。利用搭建的金属粉末铺粉激光成形实验平台研究了各工艺参数对松香酒精粘结铺粉激光金属成形层质量的影响。采用奥林巴斯显微镜、体式显微镜、扫描电子显微镜(SEM)对松香酒精粘结铺粉激光金属成形件和同步送粉激光成形件的微观组织进行观察分析,并通过维氏显微硬度计、洛氏硬度计、电液伺服动静万能试验机测试试件的硬度、抗拉强度。实验结果表明:(1)在松香酒精粘结铺粉过程中,其他条件一定的情况下,步进电机转速越快,单位时间内送粉量就越多,铺粉厚度越厚,三维运动平台进给速度越快,铺粉厚度越薄;金属粉末预置层的厚度可通过步进电机的转速和三维运动平台的进给速度配合调控;其他工艺参数一定的情况下,松香酒精喷嘴口离基材的竖直距离越远,松香酒精溶液喷射速度越快,射流冲击形成沟壑越深;当松香酒精喷嘴口离基材竖直距离小于6mm时,铺粉过程中,松香酒精溶液与粉末相遇,容易使粉末迅速堆积板结堵塞出粉口,松香酒精溶液喷射速度太小,部分金属粉末层无法和松香酒精溶液形成具有一定粘结强度的金属粉末预置层,综合各方面因素考虑,松香酒精喷嘴口离基材的竖直距离为7~8.5mm,松香酒精溶液的喷射速度为4.24~6.37mm/s时较适宜。(2)其他条件一定的情况下,随着松香酒精溶液浓度的增加,其粘结强度也随着增加,在松香酒精粘结铺粉激光金属成形过程中,熔道附近的金属粉末预置层越不容易产生裂纹,当松香酒精溶液浓度达到1.8%左右时,熔道附近的金属粉末预置层无裂纹产生,松香酒精粘结铺粉激光金属成形层质量较好;同等条件下,激光功率密度越高,扫描速度越慢,熔道宽度越宽;扫描间距越小,熔道搭接率越高,当搭接率为50%,激光成形层质量较好;其他工艺参数相同的情况下,在一定范围内,随着铺粉厚度的增加,成形件的抗拉强度明显降低;气体保护能在一定程度上减少合金粉末在松香酒精粘结铺粉激光金属成形过程中的氧化烧损,提高成形件质量。(3)由于松香酒精粘结铺粉激光金属成形工艺中的粘结剂松香是碳氢化合物,在激光成形过程中,松香气化燃烧形成的暂态还原性保护气氛,减少了金属熔池中合金粉末的氧化烧损,同时松香良好的造渣性,减少了气孔、夹渣等缺陷的产生,提高了成形件的质量,从而使得松香酒精粘结铺粉激光金属成形工艺制取的成形件的力学性能优于同步送粉激光成形技术制取的成形件。


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