激光抛光3D打印钛合金板的机理及工艺研究
发布时间：2021-10-11 10:39
首先用波长为10.6μm的二氧化碳激光对TC4合金表面进行抛光。利用三维形貌仪测量材料表面粗糙度,结合抛光前后材料表面微观形貌特征分析激光功率、离焦量、扫描速度、扫描间距等因素对该材料表面粗糙度的影响。获得理想的工艺参数,TC4合金表面粗糙度具有最小值117.62 nm。但二氧化碳激光抛光TC4合金容易出现热积累严重和表面裂纹等问题。然后用波长为1 080 nm的光纤激光对TC4合金进行抛光,同样分析了金属表面形貌、离焦量和扫描路径等因素对该材料表面粗糙度的影响规律。创新性地使用多重移动扫描抛光,获得理想的抛光效果,TC4合金表面粗糙度最佳为148.91 nm。以上实验结果表明,使用光纤激光器进行多重移动扫描可以快速有效抛光TC4合金,且激光能量密度较小,表面无明显形变和裂纹。
【文章来源】：应用激光. 2019,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２二氧化碳激光器实验图Ｆｉｇ．２Ｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｌａｓｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
（ｂ）（ｃ）（ｄ）图３实验装置（ａ）光纤激光器（ｂ）三维形貌仪（ｃ）显微镜（ｄ）维氏硬度计Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙ２二氧化碳激光抛光工艺对钛合金表面粗糙度的影响２．１激光功率对表面粗糙度的影响选择在离焦量为２０ｍｍ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ进行实验，得到激光功率对抛光表面粗糙度的影响，如图４所示。图４功率对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｗｅｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓ从测量结果看出：当激光功率在３５０Ｗ～４５０Ｗ范围内时，表面粗糙度有起伏现象，其主要原因是较低的激光功率不足以使高峰完全熔化，导致不同位置的抛光效果不同。当激光功率为４９０Ｗ时，表面粗糙度最低，降到１３１．３８ｎｍ，并且有很明显银白色的金属光泽，三维形貌如图５。其主要原因是随着能量密度的增加，原始材料表面刚好达到熔融状态，熔融金属流动和凝固达到一个稳定状态。随着激光功率的升高，熔融金属内部流动增加，表面粗糙度缓慢增加；当功率超过６５０Ｗ以后，表面粗糙度陡然升高，波纹现象明显。图５功率４９０Ｗ的三维形貌Ｆｉｇ．５Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ４９０Ｗ２．２激光离焦量对表面粗糙度的影响结合上组实验结果，设置激光功率４５０Ｗ和５００Ｗ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ，改变离焦量参数，ＴＣ４合金钛粗糙度如图６所示。图６离焦量对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＤＡｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏ
（ｂ）（ｃ）（ｄ）图３实验装置（ａ）光纤激光器（ｂ）三维形貌仪（ｃ）显微镜（ｄ）维氏硬度计Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙ２二氧化碳激光抛光工艺对钛合金表面粗糙度的影响２．１激光功率对表面粗糙度的影响选择在离焦量为２０ｍｍ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ进行实验，得到激光功率对抛光表面粗糙度的影响，如图４所示。图４功率对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｗｅｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓ从测量结果看出：当激光功率在３５０Ｗ～４５０Ｗ范围内时，表面粗糙度有起伏现象，其主要原因是较低的激光功率不足以使高峰完全熔化，导致不同位置的抛光效果不同。当激光功率为４９０Ｗ时，表面粗糙度最低，降到１３１．３８ｎｍ，并且有很明显银白色的金属光泽，三维形貌如图５。其主要原因是随着能量密度的增加，原始材料表面刚好达到熔融状态，熔融金属流动和凝固达到一个稳定状态。随着激光功率的升高，熔融金属内部流动增加，表面粗糙度缓慢增加；当功率超过６５０Ｗ以后，表面粗糙度陡然升高，波纹现象明显。图５功率４９０Ｗ的三维形貌Ｆｉｇ．５Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ４９０Ｗ２．２激光离焦量对表面粗糙度的影响结合上组实验结果，设置激光功率４５０Ｗ和５００Ｗ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ，改变离焦量参数，ＴＣ４合金钛粗糙度如图６所示。图６离焦量对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＤＡｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件3D打印技术现状及研究进展[J]. 杨永强,刘洋,宋长辉. 机电工程技术. 2013(04)
[2]激光抛光技术的研究现状[J]. 陈涛,王彩红,吴坚,刘世炳,左铁钏. 新技术新工艺. 2009(09)
[3]激光抛光[J]. 陈林,杨永强. 激光与光电子学进展. 2003(08)
博士论文
[1]金属材料纳秒紫外脉冲激光微抛光理论与技术的研究[D]. 张峰烈.天津大学 2011
硕士论文
[1]激光微烧结工件表面的激光微抛光研究[D]. 李诚.华中科技大学 2012
本文编号：3430345
【文章来源】：应用激光. 2019,39(04)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图２二氧化碳激光器实验图Ｆｉｇ．２Ｃａｒｂｏｎｄｉｏｘｉｄｅｌａｓｅｒｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ
（ｂ）（ｃ）（ｄ）图３实验装置（ａ）光纤激光器（ｂ）三维形貌仪（ｃ）显微镜（ｄ）维氏硬度计Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙ２二氧化碳激光抛光工艺对钛合金表面粗糙度的影响２．１激光功率对表面粗糙度的影响选择在离焦量为２０ｍｍ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ进行实验，得到激光功率对抛光表面粗糙度的影响，如图４所示。图４功率对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｗｅｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓ从测量结果看出：当激光功率在３５０Ｗ～４５０Ｗ范围内时，表面粗糙度有起伏现象，其主要原因是较低的激光功率不足以使高峰完全熔化，导致不同位置的抛光效果不同。当激光功率为４９０Ｗ时，表面粗糙度最低，降到１３１．３８ｎｍ，并且有很明显银白色的金属光泽，三维形貌如图５。其主要原因是随着能量密度的增加，原始材料表面刚好达到熔融状态，熔融金属流动和凝固达到一个稳定状态。随着激光功率的升高，熔融金属内部流动增加，表面粗糙度缓慢增加；当功率超过６５０Ｗ以后，表面粗糙度陡然升高，波纹现象明显。图５功率４９０Ｗ的三维形貌Ｆｉｇ．５Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ４９０Ｗ２．２激光离焦量对表面粗糙度的影响结合上组实验结果，设置激光功率４５０Ｗ和５００Ｗ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ，改变离焦量参数，ＴＣ４合金钛粗糙度如图６所示。图６离焦量对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＤＡｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏ
（ｂ）（ｃ）（ｄ）图３实验装置（ａ）光纤激光器（ｂ）三维形貌仪（ｃ）显微镜（ｄ）维氏硬度计Ｆｉｇ．３Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｆａｃｉｌｉｔｙ２二氧化碳激光抛光工艺对钛合金表面粗糙度的影响２．１激光功率对表面粗糙度的影响选择在离焦量为２０ｍｍ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ进行实验，得到激光功率对抛光表面粗糙度的影响，如图４所示。图４功率对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．４ＥｆｆｅｃｔｏｆＰｏｗｅｒｏｎＳｕｒｆａｃｅＲｏｕｇｈｎｅｓｓ从测量结果看出：当激光功率在３５０Ｗ～４５０Ｗ范围内时，表面粗糙度有起伏现象，其主要原因是较低的激光功率不足以使高峰完全熔化，导致不同位置的抛光效果不同。当激光功率为４９０Ｗ时，表面粗糙度最低，降到１３１．３８ｎｍ，并且有很明显银白色的金属光泽，三维形貌如图５。其主要原因是随着能量密度的增加，原始材料表面刚好达到熔融状态，熔融金属流动和凝固达到一个稳定状态。随着激光功率的升高，熔融金属内部流动增加，表面粗糙度缓慢增加；当功率超过６５０Ｗ以后，表面粗糙度陡然升高，波纹现象明显。图５功率４９０Ｗ的三维形貌Ｆｉｇ．５Ｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅａｔｔｈｅｐｏｗｅｒｏｆ４９０Ｗ２．２激光离焦量对表面粗糙度的影响结合上组实验结果，设置激光功率４５０Ｗ和５００Ｗ、扫描速度２５０ｍｍ／ｍｉｎ，改变离焦量参数，ＴＣ４合金钛粗糙度如图６所示。图６离焦量对表面粗糙度的影响Ｆｉｇ．６ＥｆｆｅｃｔｏｆＤＡｏｎｓｕｒｆａｃｅｒｏ
【参考文献】：
期刊论文
[1]金属零件3D打印技术现状及研究进展[J]. 杨永强,刘洋,宋长辉. 机电工程技术. 2013(04)
[2]激光抛光技术的研究现状[J]. 陈涛,王彩红,吴坚,刘世炳,左铁钏. 新技术新工艺. 2009(09)
[3]激光抛光[J]. 陈林,杨永强. 激光与光电子学进展. 2003(08)
博士论文
[1]金属材料纳秒紫外脉冲激光微抛光理论与技术的研究[D]. 张峰烈.天津大学 2011
硕士论文
[1]激光微烧结工件表面的激光微抛光研究[D]. 李诚.华中科技大学 2012
本文编号：3430345
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