316L不锈钢微细球形粉末的制备及其SLM成形试验研究

发布时间：2020-06-04 22:42

【摘要】：激光选区熔化成形技术(Selevtive Laser Melting,SLM)属于增材制造技术的一种,对于带有复杂结构的零件可直接成形。但目前国内外对SLM成形技术的研究主要侧重于工艺方面,对SLM成形用金属粉末的研究较少。气雾化制粉技术具有生产效率高、粉末含氧量低和粉末球形度高等优点,被广泛运用于增材制造粉末的制备。本文主要研究了雾化喷嘴结构对细粉收得率的影响,以及不同雾化压力对316L不锈钢粉末粒度、粒形、形貌以及组织的影响,并对最优条件自行制备的316L不锈钢粉末在国产SLM成形设备上进行成形研究,探究成形工艺参数与试样摆放角度对成形试样的致密度、表面粗糙度和力学性能等的影响,以期为低成本推广国产316L不锈钢的SLM成形应用提供技术依据。实验结果如下:采用孔缝槽相结合的喷嘴结构制备粉末,所得细粉收得率最高。316L不锈钢粉末粒度随着雾化压力的增大而减小。不同压力制备的316L不锈钢粉末平均延伸度值均在0.4以下,平均钝度值均在0.6以上,平均赘生物指数均在0.2以下。雾化压力较小时流动性较好,雾化压力较大时流动性消失,粉末筛分至25μm以上之后可明显改善其流动性。不同压力条件下制备的316L不锈钢粉末表面和内部均为胞状晶与枝晶混合组织。采用正交实验分析法得到的SLM成形316L不锈钢的最优工艺参数组合为P=100W,v=450 mm/s,s=0.08 mm,此工艺参数下成形的试样熔道搭接约为二分之一,搭接紧密,表面平整,致密度可达到98.3%,表面粗糙度为16.5μm,所成形拉伸试样的抗拉强度为662 MPa,断后伸长率为33.5%,硬度为211.5 HV,试样断裂方式为韧性断裂。不同摆放角度成形的316L不锈钢试样,致密度随着倾斜角度的增大先递减后递增,其中30°的试样致密度为97.5%,达到最小值,90°的试样致密度为98.4%,达到最大值;随着角度的增大,表面粗糙度值先增大后减小,在倾斜角度为30°时为17.9μm,达到最大值,在倾斜角度为75°时为10.6μm,达到最小值。试样的抗拉强度在0°时达到最大值679.1 MPa,在90°时达到最小值601.6 MPa,试样的断后伸长率最高可达53.3%,除了倾斜角度为15°的试样为韧性断裂为主,同时存在少量的解理断裂,其余试样断裂方式均为韧性断裂。采用自主研究的孔缝槽相结合的喷嘴结构制备316L不锈钢粉末,结合最优工艺参数在国产Dimetal-80设备上成形的叶轮零件质量和效果良好。
【图文】：

其原理示意图如图1-2 所示。具体技术原理过程是：先将金属或合金真空感应加热熔化，再采用低压环缝式气雾化喷嘴，经惰性气体雾化成较粗液滴，并保证液滴喷射到预热的高速旋转盘上重新聚合形成一层液膜，，通过控制旋转盘上重新聚合的液膜厚度及稳定性，使液膜在锥形旋转盘边缘通过离心雾化分裂成细小液滴，最后冷却凝固成粉末。组合雾化粉末的平均粒度主要受旋转盘上的液膜厚度控制；粉末粒度分布则主要受液膜稳定性控制，粉末的球形度主要取决于熔滴的球化时间与凝固时间的相对长短[26]。一般来说，液膜厚度薄易得细粉，稳定的液膜导致窄的粉末粒度分布，细粒度和高过热度可得良好球形度。此外，组合雾化制备均匀微细球形粉末的熔体最佳分裂模式处于滴状分裂（DDF）模式或短间距长纤维的纤维状分裂（LF）模式区域。调控雾化工艺参数与金属熔体的物性参数以及雾化分裂模式使得气雾化后熔滴在旋转盘上重聚形成一层很薄而且稳定的液膜，就可以得到粒度细小、球形度好、粒径分布窄的金属粉末。图 1-2 组合雾化原理示意图[26]Figure 1-2 Diagram of the principle of combined atomization[26]（6）电极感应熔炼气雾化技术电极感应熔炼气雾化技术简称 EIGA（Electrode Induction Melting Gas Atomization）技术，控制熔化工艺参数使感应电圈中的电极材料熔化为液体状态，经高速气流冲击雾化后得到金属粉末。如图 1-3 所示，将预合化电极棒的锥形尖端缓缓送入感应线圈中加热，熔化的电极在尖端形成熔滴，在高速气体的作用下形成金属粉末。由于导流管在制备过程中未与坩埚直接接触，所以材料纯度高、所受污染小。钛粉一类的活性材料难以用气雾化法制备的金属粉末均可用该技术制备，这种方法几乎可制备所有金属粉末，?

1-电极 2-感应线圈 3-气体喷嘴 1-3 电极感应熔炼气雾化制粉装置示意图[2 installation of Electrode Induction Melting Gas粗大的金属粉末放入充满高温等离子体表面张力作用于熔融态的粉末使其发该技术被认为是改善粉末球形度、减分为射频（Radio Frequency, RF）等离具有产量高、能量利用率高、成本低、体技术应用于球形纳米 ZnO 颗粒的制 等[32]采用 AlCl3和 TiCI4作为前驱体，末。结果发现，掺杂 Al 含量的提高有
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TF123.2;TG665

【参考文献】

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本文编号：2697075