EIGA法制备Ti-6Al-4V粉末及其SLM组织与性能研究
发布时间：2021-10-19 22:15
钛合金以其比强度高、耐腐蚀和生物相容性好等优异性能得到广泛的应用,激光选区熔化（Selective laser melting,SLM）成形技术的发展加速了其在医疗领域的推广。SLM成形用粉末质量要求高,往往要依赖进口,价格昂贵,高成本制约了SLM技术的普及应用。Ti-6Al-4V是目前应用最为成熟的钛合金,但远高于人骨的弹性模量限制了其作为植入体的应用。本论文采用国产自行研制的无坩埚电极感应熔炼气体雾化（Electrode induction melting gas atomization,EIGA）设备制备Ti-6Al-4V粉末,对其进行量化表征和SLM成形性能研究。同时,为降低SLM成形Ti-6Al-4V的弹性模量,还设计一种上下层致密、中间多孔的“三明治”梯度多孔结构,并对其组织和性能进行了分析。雾化实验使用环孔型和环缝型两种喷嘴,调整雾化压力和熔炼功率,设计四组工艺参数,研究雾化工艺对粉末性能的影响规律。根据SLM成形对粉末的要求,筛分出粒径小于53μm的粉末,采用MASTERSIZE 2000激光粒度分析仪和欧奇奥500NanoXY+HR型粒度粒形分析仪对粉末的粒径、粒形进...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 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 3D打印用金属粉末的研究现状
1.2.1 钛合金粉末的制备工艺
1.2.2 雾化破碎机理
1.2.3 粉末表征
1.3 SLM成形Ti-6Al-4V的研究现状
1.3.1 SLM技术原理及特点
1.3.2 成形设备的研究
1.3.3 工艺优化及成形性能的研究
1.3.4 显微组织及耐腐蚀性能的研究
1.4 SLM成形Ti-6Al-4V多孔结构的研究现状
1.4.1 多孔结构设计
1.4.2 多孔结构的性能
1.5 本课题的研究意义与研究内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
1.6 课题来源
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料
2.2 EIGA法制备Ti-6Al-4V粉末的实验方案
2.3 SLM成形实验方案设计
2.3.1 成形设备
2.3.2 SLM成形方案
2.4 SLM成形Ti-6Al-4V梯度结构
2.4.1 拓扑多孔结构实验方案
2.4.2 变参数成形梯度多孔结构实验方案
2.5 检测手段及设备
2.5.1 粉末性能检测
2.5.2 SLM成形Ti-6Al-4V性能检测
第三章 EIGA法制备Ti-6Al-4V粉末的性能及其表征
3.1 粉末雾化工艺参数优化
3.1.1 雾化参数对粉末粒径的影响
3.1.2 雾化参数对粉末形貌及空心粉的影响
3.1.3 雾化参数对粉末粒形的影响
3.2 雾化粉末的成分及相组成
3.2.1 粉末成分分析
3.2.2 粉末的物相组成
3.3 EIGA法制备粉末的破碎机理探究
3.3.1 雾化气体流场分布
3.3.2 金属熔体破碎过程
3.4 本章小结
第四章 SLM成形Ti-6Al-4V参数优化及其性能研究
4.1 激光功率对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.1.1 致密度
4.1.2 表面质量
4.1.3 力学性能
4.2 扫描速度对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.2.1 致密度
4.2.2 表面质量
4.2.3 力学性能
4.3 扫描策略对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.3.1 致密度
4.3.2 表面质量
4.3.3 力学性能
4.4 SLM成形Ti-6Al-4V组织和相分析
4.5 耐腐蚀性能分析
4.6 本章小结
第五章 SLM成形Ti-6Al-4V梯度结构的组织和力学性能研究
5.1 拓扑多孔结构研究
5.1.1 成形效果
5.1.2 压缩性能
5.1.3 拉伸性能
5.2 变参数制备梯度多孔结构
5.2.1 显微组织与硬度分析
5.2.2 界面结合强度分析
5.2.3 拉伸性能分析
5.2.4 压缩性能分析
5.3 本章小结
全文总结
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子火炬雾化制备金属3D打印专用钛合金粉体技术分析[J]. 戴煜,李礼. 新材料产业. 2018(11)
[2]电极感应熔化气雾化制粉技术中非限制式喷嘴雾化过程模拟[J]. 夏敏,汪鹏,张晓虎,葛昌纯. 物理学报. 2018(17)
[3]等离子旋转电极雾化法制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金粉末[J]. 邝泉波,邹黎明,蔡一湘,刘辛,程军,易健宏. 材料工程. 2017(10)
[4]增材制造用金属粉末材料及其制备技术[J]. 张飞,高正江,马腾,张鹏,李文英,陈欣. 工业技术创新. 2017(04)
[5]Characterization of Prealloyed Ti–6Al–4V Powders from EIGA and PREP Process and Mechanical Properties of HIPed Powder Compacts[J]. Rui-Peng Guo,Lei Xu,Bernie Ya-Ping Zong,Rui Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[6]适用于金属增材制造的球形粉体制备技术[J]. 乐国敏,李强,董鲜峰,徐庆东,胡勇,李平. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[7]制备方法对3D打印用Ti-6Al-4V合金粉体特性的影响[J]. 毛新华,刘辛,谢焕文,蔡一湘. 材料研究与应用. 2017(01)
[8]激光3D打印TC4球形合金粉末的制备[J]. 张宁,陈岁元,于笑,李慧莉,梁京,刘常升. 材料与冶金学报. 2016(04)
[9]等离子旋转雾化制备航空用3D打印金属粉体材料研究[J]. 戴煜,李礼. 新材料产业. 2016(08)
[10]球形TC4粉末的气雾化制备、表征及间隙元素控制[J]. 赵少阳,陈刚,谈萍,王建,刘晓青. 中国有色金属学报. 2016(05)
博士论文
[1]金属熔体雾化喷嘴流场数值研究[D]. 施立新.福州大学 2014
[2]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]CoCrMoW合金的粉末特性及其激光选区熔化成形性能研究[D]. 余伟泳.华南理工大学 2017
本文编号：3445696
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：103 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 3D打印用金属粉末的研究现状
1.2.1 钛合金粉末的制备工艺
1.2.2 雾化破碎机理
1.2.3 粉末表征
1.3 SLM成形Ti-6Al-4V的研究现状
1.3.1 SLM技术原理及特点
1.3.2 成形设备的研究
1.3.3 工艺优化及成形性能的研究
1.3.4 显微组织及耐腐蚀性能的研究
1.4 SLM成形Ti-6Al-4V多孔结构的研究现状
1.4.1 多孔结构设计
1.4.2 多孔结构的性能
1.5 本课题的研究意义与研究内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 研究内容
1.6 课题来源
第二章 实验材料与研究方法
2.1 实验材料
2.2 EIGA法制备Ti-6Al-4V粉末的实验方案
2.3 SLM成形实验方案设计
2.3.1 成形设备
2.3.2 SLM成形方案
2.4 SLM成形Ti-6Al-4V梯度结构
2.4.1 拓扑多孔结构实验方案
2.4.2 变参数成形梯度多孔结构实验方案
2.5 检测手段及设备
2.5.1 粉末性能检测
2.5.2 SLM成形Ti-6Al-4V性能检测
第三章 EIGA法制备Ti-6Al-4V粉末的性能及其表征
3.1 粉末雾化工艺参数优化
3.1.1 雾化参数对粉末粒径的影响
3.1.2 雾化参数对粉末形貌及空心粉的影响
3.1.3 雾化参数对粉末粒形的影响
3.2 雾化粉末的成分及相组成
3.2.1 粉末成分分析
3.2.2 粉末的物相组成
3.3 EIGA法制备粉末的破碎机理探究
3.3.1 雾化气体流场分布
3.3.2 金属熔体破碎过程
3.4 本章小结
第四章 SLM成形Ti-6Al-4V参数优化及其性能研究
4.1 激光功率对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.1.1 致密度
4.1.2 表面质量
4.1.3 力学性能
4.2 扫描速度对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.2.1 致密度
4.2.2 表面质量
4.2.3 力学性能
4.3 扫描策略对SLM成形Ti-6Al-4V性能的影响
4.3.1 致密度
4.3.2 表面质量
4.3.3 力学性能
4.4 SLM成形Ti-6Al-4V组织和相分析
4.5 耐腐蚀性能分析
4.6 本章小结
第五章 SLM成形Ti-6Al-4V梯度结构的组织和力学性能研究
5.1 拓扑多孔结构研究
5.1.1 成形效果
5.1.2 压缩性能
5.1.3 拉伸性能
5.2 变参数制备梯度多孔结构
5.2.1 显微组织与硬度分析
5.2.2 界面结合强度分析
5.2.3 拉伸性能分析
5.2.4 压缩性能分析
5.3 本章小结
全文总结
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]等离子火炬雾化制备金属3D打印专用钛合金粉体技术分析[J]. 戴煜,李礼. 新材料产业. 2018(11)
[2]电极感应熔化气雾化制粉技术中非限制式喷嘴雾化过程模拟[J]. 夏敏,汪鹏,张晓虎,葛昌纯. 物理学报. 2018(17)
[3]等离子旋转电极雾化法制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金粉末[J]. 邝泉波,邹黎明,蔡一湘,刘辛,程军,易健宏. 材料工程. 2017(10)
[4]增材制造用金属粉末材料及其制备技术[J]. 张飞,高正江,马腾,张鹏,李文英,陈欣. 工业技术创新. 2017(04)
[5]Characterization of Prealloyed Ti–6Al–4V Powders from EIGA and PREP Process and Mechanical Properties of HIPed Powder Compacts[J]. Rui-Peng Guo,Lei Xu,Bernie Ya-Ping Zong,Rui Yang. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2017(08)
[6]适用于金属增材制造的球形粉体制备技术[J]. 乐国敏,李强,董鲜峰,徐庆东,胡勇,李平. 稀有金属材料与工程. 2017(04)
[7]制备方法对3D打印用Ti-6Al-4V合金粉体特性的影响[J]. 毛新华,刘辛,谢焕文,蔡一湘. 材料研究与应用. 2017(01)
[8]激光3D打印TC4球形合金粉末的制备[J]. 张宁,陈岁元,于笑,李慧莉,梁京,刘常升. 材料与冶金学报. 2016(04)
[9]等离子旋转雾化制备航空用3D打印金属粉体材料研究[J]. 戴煜,李礼. 新材料产业. 2016(08)
[10]球形TC4粉末的气雾化制备、表征及间隙元素控制[J]. 赵少阳,陈刚,谈萍,王建,刘晓青. 中国有色金属学报. 2016(05)
博士论文
[1]金属熔体雾化喷嘴流场数值研究[D]. 施立新.福州大学 2014
[2]选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D]. 章文献.华中科技大学 2008
硕士论文
[1]CoCrMoW合金的粉末特性及其激光选区熔化成形性能研究[D]. 余伟泳.华南理工大学 2017
本文编号：3445696
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