选区激光熔化制备非晶合金的晶化机理和成形工艺研究

发布时间：2020-09-04 22:36

　　非晶合金与传统的晶体合金材料相比,在许多方面具有优异的性能,如高屈服强度,大弹性应变极限,高耐磨性和优良的耐腐蚀性等,这使得非晶合金在工业领域具有广阔的应用空间。但是,传统的铜模铸造法在制备块体非晶合金时所存在的临界尺寸限制,严重限制了非晶合金在实际相关领域的开发应用。采用选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备块体非晶合金可以避免中心冷却速度较低的问题,有可能实现无尺寸限制的制备块体非晶合金,为促进块体非晶合金在相关领域的应用和发展开辟一条新的途径。铺粉方式的选区激光熔化过程中粉末会降低熔池的冷却速度,造成非晶合金的晶化。本文提出用薄带代替粉末的选区激光熔化方法即薄带选区激光熔化技术制备非晶合金,以Ti_(47)Cu_(38)Zr_(7.5)Fe_(2.5)Sn_2Si_1Ag_2(Ti47)非晶薄带和Fe_(78)Si_9B_(13)非晶薄带为研究对象,研究选区激光熔化技术制备非晶合金过程中的晶化和成形问题。通过激光重熔实现合金的非晶化是选区激光熔化制备非晶合金的基础。采用额定功率为500W的光纤激光器对晶态Ti47合金基体进行激光重熔实验,研究了不同工艺对激光重熔时熔池的形貌以及熔池晶化的影响。实验结果表明,单道激光重熔的熔池内部易获得非晶组织,并且随着扫描速度的降低熔池的形貌逐渐从球冠状向漏斗状转变。搭接重熔中,扫描宽度较大时,重熔区内有熔道搭接造成的热影响区晶化带,扫描宽度较小时,重熔区内基本为非晶态。这是由于扫描宽度较小时热累积效应显著,熔池展宽和扫描宽度接近而造成的。在面扫描的过程中由于热累积,匙孔效应更加的突出,熔池的熔深显著增加,同时在熔池的底部会有少量的气孔。通过激光重熔非晶薄带的成形实验,研究了不同工艺对激光重熔非晶薄带的成形影响。激光重熔Ti47非晶薄带时,重熔后可以得到有效沉积,沉积层内的晶化较少。激光重熔Fe_(78)Si_9B_(13)(Fe基)非晶薄带时,沉积量的多少和薄带的固定方式有关:激光重熔铝箔固定的Fe基非晶薄带时,由于薄带与基材间有较大的间隙,重熔后基材表面的沉积量很少;激光重熔电阻焊固定的Fe基非晶薄带时,薄带与基材间的间隙较小,重熔后基材表面有较大的沉积量,沉积层内晶化较为严重。
【学位单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG139.8;TG665
【部分图文】：

基材,显微组织

浙江工业大学硕士学位论文（学术型）第 2 章试验材料、设备与方法料基体材料为 Ti47Cu38Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Ag2（Ti47）基材和工业常用47 基体材料是用纯单质金属原料电弧熔炼得到的 Ti47 合金纽割成 2 mm 厚板材。在试验前用 400# 砂纸打磨试样表面，然材的表面，确保基材表面无其它杂质，以防止其它因素对实材的显微组织如图 2-1 所示，从图中可以看出，基材中为类似组织细密的共晶基体中。

示意图,甩带法,非晶薄带,激光系统

图 2-2 甩带法制非晶薄带示意图，主要研究 Ti47 合金基体在激激光系统主要由激光系统、振成，以及将薄带焊接到基材上连续波光纤激光器。激光系统固定联接，光纤接口采用激光表 2-1 激光系统参数

示意图,振镜,示意图,工作台

重复定位精度 2 μm，能够得到高精度方位的控制。振镜扫描系统的示意图如图2-3 所示。图 2-3 振镜示意图（3）三维工作台三维工作台是由 XYZ 三个运动工作台组成的。XY 移动平台采用两台松下 400 W交流伺服电机，额定转速 3000 rpm 配合 HIWIN（海威）滚珠丝杆和直线滑块，重复定位精度可达±0.02 mm。工作台 Z 轴采用丝杆导轨与三相步进电机组成的 Z 轴，行程 500mm，负载能力 50 kg，通过 Z 轴丝杠可以调整激光焦距光斑的高度。内部空间配备上部侧吸风装置，实验时可以排出产生的气体。（4）气氛保护装置气氛保护装置主要由气氛保护箱（由压力容器改装而成）、真空泵、进出气管道、阀门、压力表和惰性气体组成，该装置可以在实验时提供良好的惰性气氛保护。（5）工艺软件该软件能够选择多种扫描方式

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