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铁基非晶合金气动喷射增材制造研究

发布时间:2020-07-24 11:40
【摘要】:铁基非晶合金因其具有较大的过冷液相区间,优异的力学性能,耐磨耐腐蚀性能以及优异的软磁性能受到广泛关注。但由于加工方法不成熟,铁基非晶合金在工业生产中的进一步应用受到限制。气动喷射增材制造是一种新型的三维成形技术,因其具有设备成本低、材料适用广泛等优点,在金属、陶瓷等材料3D打印领域具有非常好的应用前景。本研究提出采用气动喷射增材制造的技术来制备铁基非晶合金,对铁基非晶合金广泛应用于工业生产等领域有重要的推动作用。以配制粘度适中、高固相含量、分散均匀稳定的浆料为目标,针对铁基非晶合金浆料的制备和流变性能进行了实验研究。基于Washburn方程设计开展了湿润性实验和悬浮稳定性实验,定性分析了不同形貌和粒度铁基非晶合金粉末的湿润性及悬浮稳定性,PH值对粉末湿润性和浆料悬浮稳定性的影响,以及不同种类分散剂对铁基非晶合金粉末的分散效果。实验结果表明,粒度大且球形度好的粉末湿润性好,碱性环境不利于铁基非晶合金粉末的湿润和稳定分散,分散剂聚丙烯酸铵的分散效果最好,粒度小且球形度好的粉末分散更稳定。制备出了固含量为50%,分散均匀稳定的铁基非晶合金浆料。利用旋转式粘度计测量了浆料粘度,铁基非晶合金粉末浆料属于非牛顿流体,且其粘度值随着粘结剂的含量变化而变化。针对浆料的流变特性搭建了气动喷射增材制造成形系统,并对铁基非晶合金粉末浆料进行了三维打印成形。设计正交试验,探究气压、平台速度和打印层高三个打印参数对打印线宽的影响规律。实验结果表明平台速度对线宽的影响最大,喷射气压对线宽的影响次之,打印层高对线宽的影响最小。优化了基板材料、路径规划和气压延迟等工艺参数,提高了打印件质量。利用非接触式三维扫描技术重构了打印件的三维模型,与其原三维数字模型进行对比,得到打印件的最大变形量为1.525 mm,平均变形量为0.256 mm,所搭建的气动喷射增材制造成形系统具有较好的打印精度。对铁基非晶合金打印件进行干燥脱脂烧结处理研究。研究了干燥时间与干燥速度的关系,制定了合理的干燥制度。对打印件进行热重分析,确定了打印件中有机物的分解温度,制定了以3℃/min的温升速率升至350℃,保温20 min,再以3℃/min的温升速率升至390℃,保温20 min,再以3℃/min的温升速率升至450℃,保温20 min的脱脂制度。通过差热分析,确定了铁基非晶合金的玻璃态转化温度T_g=501℃,第一晶化温度T_(x1)=602℃,第二晶化温度T_(x2)=647℃,第三晶化温度T_(x3)=702℃。实验分析了烧结温度和保温时间两个参数对烧结件性能的影响。当烧结温度为580℃,保温时间为1 h时,烧结件没有发生晶化,且相对密度较大,致密度较好。
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TG139.8
【图文】:

非晶合金


吉林大学硕士学位论文非周期性的,主要表现为长程无序短程有序,使其具有传的同时,还具有优异的力学性能,不同体系的非晶合金的[15],此外一些非晶合金还具有超塑性,优异的软磁和硬磁在工业生产、体育器材、生物医学、消费电子领域具有巨材料能否广泛应用于工业生产的关键在于是否有针对这法。非晶合金的体系自由能比其对应的晶态合金要高,这稳定的非晶合金在受热过程中会发生不可逆的晶化,同时,优异的软磁和硬磁,耐磨耐腐蚀等性能也会消失,因此最大的挑战就是避免发生晶化[19]。非晶合金的三维成形结成形技术[20-22]、热塑性成形技术[19]和增材制造技术[23]

非晶合金,力学性能,体系


非晶合金的体系自由能比其对应的晶态合金要高,这种状态的。不稳定的非晶合金在受热过程中会发生不可逆的晶化,同时其高屈超塑性,优异的软磁和硬磁,耐磨耐腐蚀等性能也会消失,因此非晶合过程中最大的挑战就是避免发生晶化[19]。非晶合金的三维成形方法主冶金固结成形技术[20-22]、热塑性成形技术[19]和增材制造技术[23]。图 1.1 非晶合金

非晶合金,粘度,温度变化


合金[25]。韩国延世大学的 H.J. Kim 等人以非晶合金粉末为原料,使用的方法加工成形了大块非晶合金,其强度高达 1.9 GPa[26]。非晶合金在一定温度范围内会发生软化且不会晶化,所以可以利用热塑其进行加工。非晶合金在加热过程中会发生从固态到过冷液态的转变,的温度点称为玻璃态转变温度。过冷液态的非晶合金继续加热会发生不化转变,发生晶化转变的温度点称为晶化温度。晶化温度与玻璃态转变的温度区间称为过冷液相区间,如图 1.3 所示,非晶合金在过冷液相区现出粘度随着温度升高而降低的特性,为对其进行热塑性加工提供了8]。美国加州科技中心的 Aaron Wiest 将锆基非晶合金加热到过冷液相区模成形,研究了注模温度和压力对成形件质量的影响,最后得到高弯曲件[29]。韩国科技研究院的 S.-Y. Lee 研究了铜基非晶合金粉末的热挤出成究了粉末直径对成形件强度的影响[30]。美国耶鲁大学的 J. Schroers 等人成形的方法制备了如图 1.4 所示的锆基非晶合金容器[19]。

【参考文献】

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本文编号:2768791

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