选区激光熔化制备金刚石/铝复合材料的缺陷研究
发布时间：2021-10-24 15:59
利用选区激光熔化（selective loser melting,SLM）技术成功制备金刚石增强铝基复合材料。通过对成型之后的断口、金刚石颗粒以及成型过程中飞溅残渣的分析,发现复合材料的主要缺陷为金刚石在激光照射条件下的热损伤以及在成型过程中形成的大量孔洞。分析表明:金刚石的热损伤主要是由激光直接作用在金刚石上导致的石墨化,金刚石表层的TiC镀层也无法避免其损伤;金刚石间的内部孔洞主要是因为在极短的熔化成型过程中金刚石和基体润湿性较差,相互难以融合而形成的大量孔洞。
【文章来源】：金刚石与磨料磨具工程. 2020,40(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SLM过程中的球化示意图
利用排水法测得复合材料实际密度,与理论密度对比得到了材料的致密度。理论密度则忽略了金刚石在成型过程中的损失。图4为不同激光功率和扫描速度下制备的金刚石/铝复合材料的致密度。分析图4曲线可知:当激光功率较小而扫描速度较快时,复合材料致密度低;随着激光功率提高与扫描速度减慢,复合材料致密度逐渐提高;当激光功率进一步提高时,致密度变化趋于减缓;当扫描速度为150 mm/s,激光功率为250 W时,致密度大幅度下降。在激光成型过程中,单位区域的能量输入对致密度有较大影响[21]。在本试验中可以认为粉床单位区域所吸收的能量与激光功率成正比,与扫描速度成反比。因此,以激光功率/扫描速度的值μ为横坐标,以致密度φ为纵坐标,可以得到单位输入能量与致密度的散点图(图5)。
在激光成型过程中,单位区域的能量输入对致密度有较大影响[21]。在本试验中可以认为粉床单位区域所吸收的能量与激光功率成正比,与扫描速度成反比。因此,以激光功率/扫描速度的值μ为横坐标,以致密度φ为纵坐标,可以得到单位输入能量与致密度的散点图(图5)。当单位输入能量小于0.8 J/mm时,致密度随着单位输入能量增加而逐步提升;在单位输入能量处于0.8～1.5 J/mm时,致密度变化趋于平缓;而当单位输入能量高于1.5 J/mm时,致密度开始下降。其原因可归结如下[22]:当单位输入能量较低时,熔体温度较低,熔体黏滞力大,流动性较小,无法实现有效的致密化;随着输入单位能量的提高,材料温度上升,熔体流动性提高,熔化区尺寸增加,促进了致密化的过程;而当单位输入能量过高时(在本试验中大于1.5 J/mm),熔体内温度梯度较高,由表面张力驱动的熔体运动加剧,这反而不利于复合材料的致密化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石刀具刃磨技术发展现状[J]. 龚维纬,王伟,雷大江,张新疆,崔海龙. 工具技术. 2019(08)
[2]基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能[J]. 陈鹏,朱小刚,吴甲民,王联凤,史玉升. 材料工程. 2019(03)
[3]粉末粒径对激光选区熔化成形S136模具钢的磨损与抗腐蚀性能的影响[J]. 周燕,段隆臣,吴雪良,文世峰,魏青松. 激光与光电子学进展. 2018(10)
[4]粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料导热性能的研究[J]. 张永杰,董应虎,张瑞卿,张进,储爱民,陈德志,陈庆军,叶志国. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2017(02)
[5]金刚石颗粒增强金属基高导热复合材料的研究进展[J]. 王西涛,张洋,车子璠,李建伟,张海龙. 功能材料. 2014(07)
[6]镀Ti金刚石/Al复合材料的热性能[J]. 吴建华,张海龙,张洋,李建伟,王西涛. 功能材料. 2012(17)
[7]金刚石盐浴镀覆温度对Al/金刚石复合材料导热性能的影响研究[J]. 梁雪冰,贾成厂,裴广林. 粉末冶金技术. 2011(05)
[8]金刚石/铝复合材料影响因素研究[J]. 刘永正. 超硬材料工程. 2009(05)
[9]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
硕士论文
[1]AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-SiCp复合材料选区激光熔化法增材制造研究[D]. 段伟.广东工业大学 2019
[2]激光钎焊金刚石颗粒损伤机理的实验研究[D]. 刘天明.华中科技大学 2006
本文编号：3455558
【文章来源】：金刚石与磨料磨具工程. 2020,40(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
SLM过程中的球化示意图
利用排水法测得复合材料实际密度,与理论密度对比得到了材料的致密度。理论密度则忽略了金刚石在成型过程中的损失。图4为不同激光功率和扫描速度下制备的金刚石/铝复合材料的致密度。分析图4曲线可知:当激光功率较小而扫描速度较快时,复合材料致密度低;随着激光功率提高与扫描速度减慢,复合材料致密度逐渐提高;当激光功率进一步提高时,致密度变化趋于减缓;当扫描速度为150 mm/s,激光功率为250 W时,致密度大幅度下降。在激光成型过程中,单位区域的能量输入对致密度有较大影响[21]。在本试验中可以认为粉床单位区域所吸收的能量与激光功率成正比,与扫描速度成反比。因此,以激光功率/扫描速度的值μ为横坐标,以致密度φ为纵坐标,可以得到单位输入能量与致密度的散点图(图5)。
在激光成型过程中,单位区域的能量输入对致密度有较大影响[21]。在本试验中可以认为粉床单位区域所吸收的能量与激光功率成正比,与扫描速度成反比。因此,以激光功率/扫描速度的值μ为横坐标,以致密度φ为纵坐标,可以得到单位输入能量与致密度的散点图(图5)。当单位输入能量小于0.8 J/mm时,致密度随着单位输入能量增加而逐步提升;在单位输入能量处于0.8～1.5 J/mm时,致密度变化趋于平缓;而当单位输入能量高于1.5 J/mm时,致密度开始下降。其原因可归结如下[22]:当单位输入能量较低时,熔体温度较低,熔体黏滞力大,流动性较小,无法实现有效的致密化;随着输入单位能量的提高,材料温度上升,熔体流动性提高,熔化区尺寸增加,促进了致密化的过程;而当单位输入能量过高时(在本试验中大于1.5 J/mm),熔体内温度梯度较高,由表面张力驱动的熔体运动加剧,这反而不利于复合材料的致密化。
【参考文献】：
期刊论文
[1]金刚石刀具刃磨技术发展现状[J]. 龚维纬,王伟,雷大江,张新疆,崔海龙. 工具技术. 2019(08)
[2]基于SLS/CIP工艺SiC陶瓷的制备及其性能[J]. 陈鹏,朱小刚,吴甲民,王联凤,史玉升. 材料工程. 2019(03)
[3]粉末粒径对激光选区熔化成形S136模具钢的磨损与抗腐蚀性能的影响[J]. 周燕,段隆臣,吴雪良,文世峰,魏青松. 激光与光电子学进展. 2018(10)
[4]粉末冶金法制备金刚石/铝复合材料导热性能的研究[J]. 张永杰,董应虎,张瑞卿,张进,储爱民,陈德志,陈庆军,叶志国. 南昌航空大学学报(自然科学版). 2017(02)
[5]金刚石颗粒增强金属基高导热复合材料的研究进展[J]. 王西涛,张洋,车子璠,李建伟,张海龙. 功能材料. 2014(07)
[6]镀Ti金刚石/Al复合材料的热性能[J]. 吴建华,张海龙,张洋,李建伟,王西涛. 功能材料. 2012(17)
[7]金刚石盐浴镀覆温度对Al/金刚石复合材料导热性能的影响研究[J]. 梁雪冰,贾成厂,裴广林. 粉末冶金技术. 2011(05)
[8]金刚石/铝复合材料影响因素研究[J]. 刘永正. 超硬材料工程. 2009(05)
[9]金属材料的激光吸收率研究[J]. 陈君,张群莉,姚建华,傅纪斌. 应用光学. 2008(05)
硕士论文
[1]AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-SiCp复合材料选区激光熔化法增材制造研究[D]. 段伟.广东工业大学 2019
[2]激光钎焊金刚石颗粒损伤机理的实验研究[D]. 刘天明.华中科技大学 2006
本文编号：3455558
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