激光选区熔化制备点阵结构铜合金组织结构和力学行为研究
发布时间：2021-06-29 20:17
铜及铜合金由于其优良的导热导电性能在电子行业受到广泛应用,其中点阵结构铜合金在电池、散热、传感和驱动等领域应用价值巨大,但传统制备方法如熔模铸造、金属丝组装成型等无法有效的调控点阵结构的力学性能。激光选区熔化（SLM）技术通过调控工艺可以实现对点阵结构铜合金力学性能精确调控的要求,这为制备点阵结构铜合金提供了一种新颖而又高效的方法。基于此,本文利用SLM技术制备点阵结构铜合金,首先针对所选铜合金体系的SLM制备及热处理工艺进行参数优化,获得最优的制备工艺参数,然后在此基础上制备点阵结构铜合金,并对其进行细/微观组织结构分析和力学性能测试分析,揭示“制备工艺-组织结构-力学性能”的关联性。本文采用水雾化制备的Cu-10Sn合金粉末,通过优化工艺参数制备出的Cu-10Sn合金样品相对密度达到99.7%,通过对其组织结构分析发现Cu-10Sn合金组成为α-Cu固溶体和Cu41Sn11金属间化合物,晶粒形态主要为柱状树枝晶;所制备的Cu-10Sn合金在准静态拉伸试验下屈服强度为392±6MPa,拉伸断裂强度为749±5MPa,塑性变形为29±2.3%...
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多孔金属材料结构图
如 Capek[14]利用 SLM 成功制备出高孔隙率和低弹性模量的 31构样品，其力学性能（压缩强度 3MPa，弹性模量 0.15GPa）与近。Maskery[15]通过 SLM 技术制备出梯度密度分布的 AlSi10Mg立了力学性能与几何结构的关联性。Xiong[16]结合有限元模拟成比结构的合金，有望在能量吸收、热绝缘和声音振动消散方面得过 SLM 制备 Cu 基合金晶格结构的研究相对较少，这可能归因金的难加工性能[17]。总结发现，在利用 SLM 制备点阵结构材力学性能的关键因素是点阵结构的设计和材料的组织结构，其及其力学特性研究一直是材料和力学界关注的重要课题。阵结构设计及力学行为表征来，金属点阵结构的力学性能研究对象主要为结构简单的均匀点所示，包括金刚石结构和体心立方结构等。其中重点关注点阵结的力学行为特性。
北京工业大学工程硕士专业学位硕士论文方法很难精确求得点阵结构的各种物理响应结果，因而数值方法被广泛应as 对 bcc、金刚石点阵结构开展力学性能研究，得出在弹性和塑性变形阶结构的应力-应变关系[18]。Sun 等人通过准静态压缩试验对八面体进行压，通过失效分析验证了孔隙率与断裂强度之间的关系[19]。吴彦霖等通过对b石点阵结构进行有限元分析模型，指出 3D 连续单元法可详细分析点阵单部受力特性[20]。在此基础上，研究人员对点阵结构材料在变形过程中的应和结构演变进行了分析研究如图 1-4 所示，按照点阵结构的致密度分为稳和失稳变形两种。施加载荷后，两种结构中塑性变形首先均发生在节点附，但随着载荷的增加，低密度结构中由于连杆细长，在其中间位置发生严性变形，进而导致结构发生扭转失稳变形，而高密度结构材料发生均匀的形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选择性激光熔化Cu10Sn合金成型试验[J]. 史金光,刘平,金霞,金莹,翁子清. 工业技术创新. 2018(04)
[2]激光选区熔化水雾化Cu-10Sn合金粉末成形件的微观组织结构及力学性能研究[J]. 张晓雅,李现兵,谈震,曾勇,田丽纷,周正,周振鲁,贺定勇. 中国激光. 2018(10)
[3]Si-Al-K掺杂钼合金制备工艺及性能研究进展[J]. 郭磊,宋瑞,侯军涛,赵娟,金波,李秦伟,周宇航,胡平. 中国钼业. 2017(05)
[4]金属材料增材制造技术[J]. 周成候,李蝉,吴王平,张玉,江鹏,雷金坤,戴兴梦,董安宁,沈威,周学超. 金属加工(冷加工). 2016(S1)
[5]大功率压接式IGBT器件设计与关键技术[J]. 窦泽春,刘国友,陈俊,黎小林,彭勇殿,李继鲁. 大功率变流技术. 2016(02)
[6]去合金化制备纳米多孔铜及铜合金的最新研究进展[J]. 禹贤斌,李永喜,袁斌. 材料导报. 2015(15)
[7]电子束焊在航空发动机制造中的应用[J]. 康文军,梁养民. 机械制造文摘(焊接分册). 2012(05)
[8]点阵结构金属多孔材料制造技术[J]. 梁永仁,吴引江,周济,曹柏亮,杨团委,刘高建,李荣. 金属功能材料. 2012(01)
[9]新型复合材料点阵结构的研究进展[J]. 吴林志,熊健,马力,王兵,张国旗,杨金水. 力学进展. 2012(01)
[10]疏松碳涂层密度测量的图像法研究[J]. 罗新,张强,刘鸿,龙冲生,李卫军. 原子能科学技术. 2010(02)
博士论文
[1]三维Al基点阵材料设计、制备及力学性能研究[D]. 黄英杰.中国科学技术大学 2017
[2]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[3]面向植入体的多孔结构建模及激光选区熔化直接制造研究[D]. 肖冬明.华南理工大学 2013
[4]AZ31镁合金动态塑性变形后的形变孪晶及力学性能的研究[D]. 娄超.重庆大学 2013
[5]W/Zr基非晶合金复合材料的制备与性能研究[D]. 张波.大连理工大学 2013
[6]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]基于团簇结构模型的Fe-Cr-Al系合金成分设计及其高温组织稳定性研究[D]. 张军政.大连理工大学 2017
[2]结晶器CuCrZr合金表面激光熔覆Cr3C2-NiCr及Cr3C2-NiCr+Ni60耐磨涂层的研究[D]. 李晋升.江苏科技大学 2017
[3]SiC/Zr基非晶合金复合材料的制备及组织性能研究[D]. 黄博.南京理工大学 2017
[4]激光增材制造点阵结构力学性能研究[D]. 王健.北京理工大学 2016
[5]基于SLM制备的钛合金三维点阵结构的力学性能研究[D]. 吴彦霖.重庆大学 2016
[6]铜及铜合金泡沫材料的制备工艺和性能研究[D]. 谢波.昆明理工大学 2016
[7]放电等离子烧结制备Al基非晶合金及其复合材料[D]. 陈文佳.北京理工大学 2016
[8]Ti合金选择性激光熔化成型关键技术的研究[D]. 张晓博.陕西科技大学 2015
[9]Ti基非晶合金熔体与Ti合金的润湿行为研究[D]. 叶恒.东北大学 2014
[10]锆熔体与氧化物型壳的界面反应研究[D]. 周文斌.南京航空航天大学 2014
本文编号：3257092
【文章来源】：北京工业大学北京市 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
多孔金属材料结构图
如 Capek[14]利用 SLM 成功制备出高孔隙率和低弹性模量的 31构样品，其力学性能（压缩强度 3MPa，弹性模量 0.15GPa）与近。Maskery[15]通过 SLM 技术制备出梯度密度分布的 AlSi10Mg立了力学性能与几何结构的关联性。Xiong[16]结合有限元模拟成比结构的合金，有望在能量吸收、热绝缘和声音振动消散方面得过 SLM 制备 Cu 基合金晶格结构的研究相对较少，这可能归因金的难加工性能[17]。总结发现，在利用 SLM 制备点阵结构材力学性能的关键因素是点阵结构的设计和材料的组织结构，其及其力学特性研究一直是材料和力学界关注的重要课题。阵结构设计及力学行为表征来，金属点阵结构的力学性能研究对象主要为结构简单的均匀点所示，包括金刚石结构和体心立方结构等。其中重点关注点阵结的力学行为特性。
北京工业大学工程硕士专业学位硕士论文方法很难精确求得点阵结构的各种物理响应结果，因而数值方法被广泛应as 对 bcc、金刚石点阵结构开展力学性能研究，得出在弹性和塑性变形阶结构的应力-应变关系[18]。Sun 等人通过准静态压缩试验对八面体进行压，通过失效分析验证了孔隙率与断裂强度之间的关系[19]。吴彦霖等通过对b石点阵结构进行有限元分析模型，指出 3D 连续单元法可详细分析点阵单部受力特性[20]。在此基础上，研究人员对点阵结构材料在变形过程中的应和结构演变进行了分析研究如图 1-4 所示，按照点阵结构的致密度分为稳和失稳变形两种。施加载荷后，两种结构中塑性变形首先均发生在节点附，但随着载荷的增加，低密度结构中由于连杆细长，在其中间位置发生严性变形，进而导致结构发生扭转失稳变形，而高密度结构材料发生均匀的形。
【参考文献】：
期刊论文
[1]选择性激光熔化Cu10Sn合金成型试验[J]. 史金光,刘平,金霞,金莹,翁子清. 工业技术创新. 2018(04)
[2]激光选区熔化水雾化Cu-10Sn合金粉末成形件的微观组织结构及力学性能研究[J]. 张晓雅,李现兵,谈震,曾勇,田丽纷,周正,周振鲁,贺定勇. 中国激光. 2018(10)
[3]Si-Al-K掺杂钼合金制备工艺及性能研究进展[J]. 郭磊,宋瑞,侯军涛,赵娟,金波,李秦伟,周宇航,胡平. 中国钼业. 2017(05)
[4]金属材料增材制造技术[J]. 周成候,李蝉,吴王平,张玉,江鹏,雷金坤,戴兴梦,董安宁,沈威,周学超. 金属加工(冷加工). 2016(S1)
[5]大功率压接式IGBT器件设计与关键技术[J]. 窦泽春,刘国友,陈俊,黎小林,彭勇殿,李继鲁. 大功率变流技术. 2016(02)
[6]去合金化制备纳米多孔铜及铜合金的最新研究进展[J]. 禹贤斌,李永喜,袁斌. 材料导报. 2015(15)
[7]电子束焊在航空发动机制造中的应用[J]. 康文军,梁养民. 机械制造文摘(焊接分册). 2012(05)
[8]点阵结构金属多孔材料制造技术[J]. 梁永仁,吴引江,周济,曹柏亮,杨团委,刘高建,李荣. 金属功能材料. 2012(01)
[9]新型复合材料点阵结构的研究进展[J]. 吴林志,熊健,马力,王兵,张国旗,杨金水. 力学进展. 2012(01)
[10]疏松碳涂层密度测量的图像法研究[J]. 罗新,张强,刘鸿,龙冲生,李卫军. 原子能科学技术. 2010(02)
博士论文
[1]三维Al基点阵材料设计、制备及力学性能研究[D]. 黄英杰.中国科学技术大学 2017
[2]激光选区熔化成形模具钢材料的组织与性能演变基础研究[D]. 赵晓.华中科技大学 2016
[3]面向植入体的多孔结构建模及激光选区熔化直接制造研究[D]. 肖冬明.华南理工大学 2013
[4]AZ31镁合金动态塑性变形后的形变孪晶及力学性能的研究[D]. 娄超.重庆大学 2013
[5]W/Zr基非晶合金复合材料的制备与性能研究[D]. 张波.大连理工大学 2013
[6]激光烧结铜基合金的关键工艺及基础研究[D]. 顾冬冬.南京航空航天大学 2007
硕士论文
[1]基于团簇结构模型的Fe-Cr-Al系合金成分设计及其高温组织稳定性研究[D]. 张军政.大连理工大学 2017
[2]结晶器CuCrZr合金表面激光熔覆Cr3C2-NiCr及Cr3C2-NiCr+Ni60耐磨涂层的研究[D]. 李晋升.江苏科技大学 2017
[3]SiC/Zr基非晶合金复合材料的制备及组织性能研究[D]. 黄博.南京理工大学 2017
[4]激光增材制造点阵结构力学性能研究[D]. 王健.北京理工大学 2016
[5]基于SLM制备的钛合金三维点阵结构的力学性能研究[D]. 吴彦霖.重庆大学 2016
[6]铜及铜合金泡沫材料的制备工艺和性能研究[D]. 谢波.昆明理工大学 2016
[7]放电等离子烧结制备Al基非晶合金及其复合材料[D]. 陈文佳.北京理工大学 2016
[8]Ti合金选择性激光熔化成型关键技术的研究[D]. 张晓博.陕西科技大学 2015
[9]Ti基非晶合金熔体与Ti合金的润湿行为研究[D]. 叶恒.东北大学 2014
[10]锆熔体与氧化物型壳的界面反应研究[D]. 周文斌.南京航空航天大学 2014
本文编号：3257092
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