氧化铝陶瓷薄壁件激光单道成形的形貌和性能研究

发布时间：2017-09-22 19:44

  本文关键词：氧化铝陶瓷薄壁件激光单道成形的形貌和性能研究

  更多相关文章： 激光直接沉积成形 氧化铝陶瓷 形貌分析 强度分析

【摘要】：氧化铝陶瓷具有优越的耐高温、耐腐蚀、抗磨损等性能,因而被广泛应用。但传统制造方法存在加工工艺复杂、加工时间长等诸多缺点,一直制约着陶瓷制品的发展。激光直接沉积成形技术因其克服了传统方法的缺点,展示了巨大的应用前景而迅速发展起来。本文选取氧化铝陶瓷为研究对象,运用激光直接沉积成形技术实现氧化铝陶瓷薄壁件的直接成形,开展了薄壁件形貌及抗弯强度研究,对成形的基板选择、光粉耦合,薄壁件宏观形貌、颜色和三点抗弯强度进行分析,为实现基于激光直接沉积成形的高质量氧化铝陶瓷提供理论支持。首先,为对成形实现精确控制,采取图像分析处理方法对粉束流图像进行分析,得出粉束流的形态特征。最终得到试验时的粉束焦斑直径和粉束焦距分别为3.4 mm和14.7 mm。选用分析了致密氧化铝陶瓷基板、疏松氧化铝陶瓷基板、疏松氧化锆陶瓷基板和TC4薄板四种基板的成形效果。发现:致密氧化铝陶瓷基板在成形时容易出现开裂现象,薄壁件成形质量较差;疏松氧化铝陶瓷基板和疏松氧化锆陶瓷基板容易出现凹坑现象,这能促进成形薄壁件形状保持及有保温抗开裂的作用;TC4钛合金虽然润湿性较差,不会出现凹坑现象,能促进成形质量。其次,研究薄壁件形貌、薄壁件抗弯强度与工艺参数及熔池平均温度之间的关系,寻求薄壁件抗弯强度控制的相关机理。通过研究发现,激光功率影响陶瓷薄壁件的断裂和顶部形貌,较小和较大的激光功率分别会影响成形薄壁件的顶端不平和断裂缺陷。扫描速度影响薄壁件的截面形貌、上端形貌、侧面平整度和裂纹。扫描速度和送粉速率都会影响成形薄壁件的颜色。这是因为,在成形过程中,TC4钛合金基板发生氧化反应,生成Ti O2染色剂,使薄壁件呈现黑色或红褐色。分析薄壁件的抗弯强度时发现:陶瓷薄壁件的三点抗弯强度随激光功率的增加先增加后降低;随扫描速度的增加而增加,当扫描速度超过3 mm/s后,薄壁件抗弯强度略微下降;随送粉速率的增加而增加,最后不再变化。最后分析了薄壁件抗弯强度与成形时熔池平均温度的关系,发现:薄壁件抗弯强度随熔池平均温度的升高先升高而后降低,在熔池平均温度为2194 2365℃范围内,薄壁件抗弯强度最高。论文研究结果对促进氧化铝陶瓷成形新工艺开发和陶瓷材料快速成形应用具有重要的理论意义和应用价值。
【关键词】：激光直接沉积成形 氧化铝陶瓷 形貌分析 强度分析
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 符号表13-14
• 第1章 绪论14-26
• 1.1 选题背景及意义14-15
• 1.2 氧化铝陶瓷材料的性质及应用15-16
• 1.2.1 氧化铝陶瓷的晶型转变15
• 1.2.2 氧化铝陶瓷基本性能及应用15-16
• 1.3 氧化铝陶瓷的制造技术16-24
• 1.3.1 传统制造方法概述16-17
• 1.3.2 基于陶瓷材料的增材制造技术17-20
• 1.3.3 激光直接沉积成形技术20-21
• 1.3.4 陶瓷增材制造研究现状21-24
• 1.4 主要研究内容24-26
• 第2章 试验材料、设备及方法26-36
• 2.1 试验粉末材料26-28
• 2.2 试验方案28-30
• 2.2.1 试验方法28-29
• 2.2.2 熔池温度测量29-30
• 2.2.3 检测分析30
• 2.3 试验设备30-35
• 2.3.1 激光器及控制系统31-32
• 2.3.2 送粉系统32-34
• 2.3.3 辅助系统34
• 2.3.4 温度监测及软件系统34-35
• 2.4 本章小结35-36
• 第3章 光粉耦合控制及薄壁件宏观形貌分析36-50
• 3.1 光粉耦合分析36-40
• 3.1.1 激光光束形态测定36-37
• 3.1.2 粉束形态测定37-40
• 3.1.3 光粉耦合40
• 3.2 试验基板选择40-44
• 3.3 成形薄壁件宏观形貌分析44-49
• 3.3.1 薄壁件宽度和高度影响分析44-46
• 3.3.2 薄壁件断裂及顶部不平整性分析46-48
• 3.3.3 环形薄壁零件成形48-49
• 3.4 本章小结49-50
• 第4章 薄壁件组织及抗弯强度分析50-58
• 4.1 薄壁件颜色分析50-53
• 4.2 薄壁件三点抗弯强度分析53-57
• 4.2.1 激光功率53-54
• 4.2.2 扫描速度54-55
• 4.2.3 送粉速率55-56
• 4.2.4 熔池平均温度56-57
• 4.3 本章小结57-58
• 总结与展望58-60
• 参考文献60-65
• 致谢65-66
• 附录A 攻读学位期间发表的学术论文和获奖66

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李文;一种高精度环形薄壁件工艺方法的探讨[J];机械工人.冷加工;2004年04期

2 袁春晓,冯晓露;一种校直磨削加工中薄壁件变形的方法[J];机械制造;2004年12期

3 张同保;苏晓佳;刘玉卿;侯涛;;防止薄壁件深冲棱子的工艺措施[J];金属热处理;2007年09期

4 陈蔚芳;楼佩煌;陈华;;薄壁件加工变形主动补偿方法[J];航空学报;2009年03期

5 汪涛;贾爱青;;大型高精度薄壁件的以车代磨试验[J];金属加工(冷加工);2009年04期

6 石明良;;巧卸薄壁件[J];机械工人技术资料;1975年12期

7 高志祥;谈谈薄壁件的定义域[J];航空标准化;1982年04期

8 吴鸣玉;;薄壁件纵焊缝焊接机[J];机械设计与制造;1990年02期

9 尹三元,张喜春;大直径薄壁件的磨削[J];机械工人.冷加工;1991年11期

10 赵根生,熊华绍;小型薄壁件挤塑模的设计[J];模具工业;1993年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 万秀屏;谭薇;范鑫;冯欣明;文宝林;;某大型薄壁件车加工变形质量控制[A];第九届沈阳科学学术年会论文集（信息科学与工程技术分册）[C];2012年

2 李燕;董爱娟;;加工薄壁件安装面工艺探讨[A];2009全国机电企业工艺年会<厦工杯>工艺征文论文集[C];2009年

3 廖勇军;;薄壁件网格技术及计算经济性研究[A];2013中国汽车工程学会年会论文集[C];2013年

4 韩晓光;张凤英;翟婷婷;;空间曲面薄壁件柔性装配定位系统设计与实现[A];第十五届中国科协年会第13分会场：航空发动机设计、制造与应用技术研讨会论文集[C];2013年

5 彭昌永;高福全;范如源;;铝合金薄壁件的点焊及表面处理[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

6 栾宇;解润锋;;大型薄壁件-转轮室精加工分析[A];第七届(2009)中国钢铁年会论文集（下）[C];2009年

7 刘宇;傅戈雁;石世宏;王晨;;光内送粉激光熔覆堆积扭曲薄壁件工艺参数的控制[A];第15届全国特种加工学术会议论文集（下）[C];2013年

8 曹栩;骆合力;李尚平;张喜娥;冯涤;;Ni_3Al基合金薄壁件熔模精铸工艺研究[A];动力与能源用高温结构材料——第十一届中国高温合金年会论文集[C];2007年

9 梁朝坚;;铝合金薄壁件铸件变形研究分析[A];2009重庆市铸造年会论文集[C];2009年

10 丁春艳;杨振国;;聚碳酸酯薄壁件分层失效机制的研究[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前8条

1 陈W，

本文编号：902716