激光增材多孔铝合金的消声吸能性能研究

发布时间：2020-10-22 10:25

　　 闭孔的多孔金属材料是一种新型的功能材料,以其良好的吸能性能、隔声性能及吸声性能受到人们广泛的关注。激光增材制造技术制备多孔铝合金不仅能够解决其难以形成冶金连接的问题,同时还能实现复杂大型多孔隔声结构的制备及复杂构件关键部位表面多孔减振层的复合制备。因此,开展激光增材多孔铝合金结构件的研究具有重大意义。本文开发了一种激光增材制备多孔铝合金的新方法,将经过前处理修饰的造孔剂TiH_2粉体以同步送粉的方式送入熔池,延长造孔剂孕育期,最终实现多孔结构的原位合成。同时,探究了粉体前处理工艺改进、增粘元素Ti添加和稀土La_2O_3添加对其孔隙结构、吸能性能及隔声吸声性能的影响规律。此外,还设计了一种多孔声子晶体结构,通过模拟与实验结合的方法,探究了消声性能的变化规律。研究结果表明,粉体前处理化学镀最佳参数为一次镀覆30min。最佳的激光直接沉积工艺参数为:激光功率密度为57.20W/mm~2,扫描速率6mm/s,多道搭接率为42%,多层造孔分层厚度0.7mm,扫描路径为单向长光栅型扫描路径。在整个频域内,多孔铝合金的隔声性能与孔隙率成正比,而与孔径大小成反比,而频率较低时孔隙率起到主要控制作用;在吸能范围内理想吸能效率达到0.58;平均隔声量达到40.74dB。同时,研究发现通过补液的方法可以改进粉体前处理效果,进而显著提升多孔铝合金的隔声与吸能性能。Ti元素的添加降低了孔隙率和孔径,但提高了弹性模量和屈服强度,导致理想吸能效率先增后减,隔声性能始终提高。稀土La_2O_3的添加提高了面密度,添加0.5%的La_2O_3同时提高了理想吸能效率和隔声性能。而添加1%的La_2O_3时,提升了理想吸能效率,但隔声性能大幅降低。ABAQUS有限元分析计算结果和激光选区成型的多孔声子晶体样品测试结果表明,入射到多孔声子晶体结构内部的声波在接触散射体结构后会发生散射反应,同相位的散射波相互干涉,导致部分声能转化为热能,进而起到隔声和吸声效果。由于激光选区成型的样品存在着显微孔隙,导致在低频范围的隔声量与计算值相符合,而高频范围的隔声性能稍高于计算值。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG146.21;TG665
【部分图文】：

研发具有我国自主知识产权的激光增材制造金属基多孔减振消声材料技术，不仅为航空、航天、船舶等领域提供优质减振消声材料，并将成果推广至其他工业领域，具有非常重要的理论意义和应用价值[9]。1.2 多孔金属材料及研究现状1.2.1 多孔金属材料概述在金属材料应用领域，人们过去一直以实现无孔隙的结构为目的，以减少铸造、焊接等工艺中的气孔夹杂，获得组织致密的材料结构[10]。然而在十九世纪四十年代，科学家们发现了一种叫做“沸石”（又称分子筛）的材料，具有从混合气体中分离单一组分的气体的能力，这种能力是由其内部广泛存在的微孔产生的。自此多孔材料开始走入人们的视野，并逐渐受到科研工作者的广泛关注。根据多孔材料的孔隙形貌，主要分为开孔型和闭孔型两种。闭孔型多孔材料包含大量相互独立的孔隙，而开孔型多孔材料由相互连通的孔隙组成，如图 1.1 所示。a b

材制造技术的特性，使得多孔金属材料的孔隙形貌以直接或间接进行设计和控制，能在零件制造过程同区域对材料成分和组织的个性化需求。料的激光增材制造工艺及研究进展的机制，多孔金属材料的激光增材制造工艺主要分成孔法。图 1.2 为烧结成孔法的制备示意图，是将源照射熔化，使熔融粉末在表面张力作用下相互接留的工艺方法[38]。随着激光束的移动，从而制备成[39]等人用此种工艺制备并分析了多孔 316L 激光功 V K[40]等人通过控制激光功率、扫描速率和扫描量及屈服强度的变化，验证并推动了烧结成孔法的隙形貌、孔径、孔径分布等参数都可以由激光参杂，且孔径范围难以精确控制，均匀性较差。a b

剂法是制备均匀分布孔隙的有效方法。将金属粉末与造孔剂的选区辐照下熔融金属，并使造孔剂分解产生气体后残留在剂的加入，可以较为精确的控制孔径大小，且能控制均匀的更为关注的多孔金属材料制备工艺。法则对较大孔隙材料的制备有着更高的精确程度。通过激光 模型，只将需要成型的孔壁烧结起来，跳过孔隙分布区域，粉末去除从而制备出多孔金属材料，如图 1.3 所示。Ruben W单元结构的开孔商业纯钛，其优异的疲劳强度和力学性能使广的多孔材料激光增材制备工艺。张升[42]深入研究分析了多学性能受激光参数的影响，丰富了打印成孔法的相关理论基大型的复杂结构有着极高的精度，但对 1mm 以下的孔隙加表面粗糙，激光导致半熔融的粉体粘结在孔隙内壁难以清除力学性能较差。
【参考文献】

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本文编号：2851478