激光诱导击穿光谱在不锈钢增材制造检测中的应用
发布时间：2021-01-21 13:50
金属增材制造是增材制造领域中的重要分支,其制备过程主要分为以下3个步骤:（1）对预期样品进行3D建模并将模型沿沉积方向分割为很多的带有样品信息的片层。（2）通过程序设计和数字控制将片层的数字信息转化为样品的成分信息。（3）对样品进行逐层制造并由下至上层层堆积,最终实现样品的制备。该技术主要具备材料利用率高、无需模具成型、加工精度高、速度快、制备自由度高等诸多优势,尤其在金属样品成分设计方面具有传统工艺无可比拟的优势。但该制备方法目前尚未发展成熟,在制造机理、程序设定以及工艺参数方面还有待深入研究,制备出的样品中常常存在裂纹、球化、缩孔等缺陷,严重的影响了工件的性能进而制约工程应用,因此从原料、制备过程到成品工件的全流程跟踪检测,对增材制造产品质量的提升优化有着重要的意义,本论文通过大量文献调研总结了金属增材制造领域对成分检测表征技术的两大需求:（1）对金属粉末原料成分进行快速鉴定和复核,快速判定原料批次以及避免混料的发生。（2）对成品工件在较大分析区域内进行多元素成分分布的分析,以了解样品成分的均匀性并协助判断缺陷的成因,从而指导增材制造工艺的优化。现有的技术还不能较好地满足以上需求。...
【文章来源】：钢铁研究总院北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 增材制造及其对检测技术的需求
1.2.1 增材制造技术简介
1.2.2 金属增材制造中的成分分析
1.2.2.1 金属增材制造原料成分分析方法
1.2.2.2 金属增材制造工件成分分析方法
1.2.3 金属增材制造中的缺陷分析
1.2.4 金属增材制造中的力学分析
1.3 激光诱导击穿光谱及其在金属成分分析中的应用
1.3.1 激光诱导击穿光谱简介
1.3.1.1 基本原理
1.3.1.2 Nd：YAG调Q激光器原理
1.3.1.3 定性分析原理
1.3.1.4 定量分析原理
1.3.2 影响激光诱导击穿光谱成分分析结果的因素
1.3.2.1 样品理化性质对分析的影响
1.3.2.2 激光器参数对激光能量的影响
1.3.2.3 信号采集延时与积分时间对分析的影响
1.3.2.4 激光焦平面位置对分析的影响
1.3.2.5 激光发射频率对分析的影响
1.3.2.6 样品室气体种类以及气压对分析的影响
1.3.3 激光诱导击穿光谱的优势与不足
1.3.4 激光诱导击穿光谱在金属成分分析中的应用
1.3.4.1 激光诱导击穿光谱在环境重金属检测方面的应用
1.3.4.2 激光诱导击穿光谱在金属样品成分分析中的应用
1.4 激光诱导击穿光谱在金属增材制造领域的应用以及研究现状
1.5 研究的背景、内容和技术路线
1.5.1 研究背景
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线
第二章 实验材料与仪器
2.1 金属增材制造原料
2.2 金属增材制造成分梯度不锈钢样品的制备方法
2.3 标准样品
2.4 实验仪器
第三章 激光诱导击穿光谱在不锈钢粉末原料成分定量分析中的应用
3.1 引言
3.2 制样方法研究
3.2.1 粉末直接分析
3.2.2 硼酸混合压片法
3.2.3 环氧树脂粘结法
3.2.4 导电胶带固定法
3.2.5 硼酸镶边衬底法
3.2.6 制样方法的总结与选取
3.3 制样条件优化
3.3.1 压样模具选择
3.3.2 制样压力选择
3.4 分析条件的优化
3.4.1 激光器参数的优化
3.4.2 泵浦灯电压的选择
3.4.3 激光光斑尺寸的选择
3.4.4 调Q延时的选择
3.4.5 样品室气压的选择
3.4.6 信号采集延时的选择
3.4.7 剥蚀条件的选择
3.4.8 制样与分析条件总结
3.5 实验结果
3.5.1 校准曲线的绘制与方法检出限评估
3.5.2 定量分析结果与验证
3.5.3 定量分析方法时效对比
3.6 本章小结
第四章 激光诱导击穿光谱在增材制造成分梯度不锈钢样品成分分布分析中的应用
4.1 引言
4.2 金属原位统计成分分布分析定量表征技术
4.2.1 火花原位统计分布分析定量表征技术
4.2.2 微束X荧光原位统计分布分析定量表征技术
4.2.3 激光诱导击穿光谱原位统计分布分析定量表征技术
4.3 激光诱导击穿光谱分析条件优化
4.3.1 泵浦灯电压的选择
4.3.2 激光光斑尺寸的选择
4.3.3 调Q延时的选择
4.3.4 样品室气压的选择
4.3.5 剥蚀条件的选择
4.3.6 分析条件的总结
4.4 实验结果
4.4.1 校准曲线的绘制与方法检出限评估
4.4.2 增材制造成分梯度不锈钢样品成分分布表征
4.4.3 成分分布结果
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#样品成分分布结果"> 4.4.3.2 2#样品成分分布结果
4.5 分析结果的验证
4.5.1 同火花直读光谱仪分析结果的对比
4.5.2 成分分布结果的验证
4.6 成分分布结果讨论
4.6.1 Spark-OPA与LIBS-OPA分析空间分辨率对比
4.6.2 对增材制造成分梯度不锈钢样品的逐层分析
4.6.3 对增材制造送粉工艺的选择
4.6.4 对增材制造缺陷成因的分析
4.7 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 主要创新点
5.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：2991281
【文章来源】：钢铁研究总院北京市
【文章页数】：97 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 增材制造及其对检测技术的需求
1.2.1 增材制造技术简介
1.2.2 金属增材制造中的成分分析
1.2.2.1 金属增材制造原料成分分析方法
1.2.2.2 金属增材制造工件成分分析方法
1.2.3 金属增材制造中的缺陷分析
1.2.4 金属增材制造中的力学分析
1.3 激光诱导击穿光谱及其在金属成分分析中的应用
1.3.1 激光诱导击穿光谱简介
1.3.1.1 基本原理
1.3.1.2 Nd：YAG调Q激光器原理
1.3.1.3 定性分析原理
1.3.1.4 定量分析原理
1.3.2 影响激光诱导击穿光谱成分分析结果的因素
1.3.2.1 样品理化性质对分析的影响
1.3.2.2 激光器参数对激光能量的影响
1.3.2.3 信号采集延时与积分时间对分析的影响
1.3.2.4 激光焦平面位置对分析的影响
1.3.2.5 激光发射频率对分析的影响
1.3.2.6 样品室气体种类以及气压对分析的影响
1.3.3 激光诱导击穿光谱的优势与不足
1.3.4 激光诱导击穿光谱在金属成分分析中的应用
1.3.4.1 激光诱导击穿光谱在环境重金属检测方面的应用
1.3.4.2 激光诱导击穿光谱在金属样品成分分析中的应用
1.4 激光诱导击穿光谱在金属增材制造领域的应用以及研究现状
1.5 研究的背景、内容和技术路线
1.5.1 研究背景
1.5.2 研究内容
1.5.3 技术路线
第二章 实验材料与仪器
2.1 金属增材制造原料
2.2 金属增材制造成分梯度不锈钢样品的制备方法
2.3 标准样品
2.4 实验仪器
第三章 激光诱导击穿光谱在不锈钢粉末原料成分定量分析中的应用
3.1 引言
3.2 制样方法研究
3.2.1 粉末直接分析
3.2.2 硼酸混合压片法
3.2.3 环氧树脂粘结法
3.2.4 导电胶带固定法
3.2.5 硼酸镶边衬底法
3.2.6 制样方法的总结与选取
3.3 制样条件优化
3.3.1 压样模具选择
3.3.2 制样压力选择
3.4 分析条件的优化
3.4.1 激光器参数的优化
3.4.2 泵浦灯电压的选择
3.4.3 激光光斑尺寸的选择
3.4.4 调Q延时的选择
3.4.5 样品室气压的选择
3.4.6 信号采集延时的选择
3.4.7 剥蚀条件的选择
3.4.8 制样与分析条件总结
3.5 实验结果
3.5.1 校准曲线的绘制与方法检出限评估
3.5.2 定量分析结果与验证
3.5.3 定量分析方法时效对比
3.6 本章小结
第四章 激光诱导击穿光谱在增材制造成分梯度不锈钢样品成分分布分析中的应用
4.1 引言
4.2 金属原位统计成分分布分析定量表征技术
4.2.1 火花原位统计分布分析定量表征技术
4.2.2 微束X荧光原位统计分布分析定量表征技术
4.2.3 激光诱导击穿光谱原位统计分布分析定量表征技术
4.3 激光诱导击穿光谱分析条件优化
4.3.1 泵浦灯电压的选择
4.3.2 激光光斑尺寸的选择
4.3.3 调Q延时的选择
4.3.4 样品室气压的选择
4.3.5 剥蚀条件的选择
4.3.6 分析条件的总结
4.4 实验结果
4.4.1 校准曲线的绘制与方法检出限评估
4.4.2 增材制造成分梯度不锈钢样品成分分布表征
4.4.3 成分分布结果
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4.5 分析结果的验证
4.5.1 同火花直读光谱仪分析结果的对比
4.5.2 成分分布结果的验证
4.6 成分分布结果讨论
4.6.1 Spark-OPA与LIBS-OPA分析空间分辨率对比
4.6.2 对增材制造成分梯度不锈钢样品的逐层分析
4.6.3 对增材制造送粉工艺的选择
4.6.4 对增材制造缺陷成因的分析
4.7 本章小结
第五章 结论与展望
5.1 结论
5.2 主要创新点
5.3 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：2991281
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