激光制造微细规则可控多孔金属方法研究.doc

激光制造微细规则可控多孔金属方法研究摘要1前言多孔材料的普遍具有是密度小、质量轻、比表面积大、比力学性能高、阻尼性能好。由于其物理、力学性能优异，多孔材料已成为一种优秀的工程材料，兼有结构和功能双重属性，应用潜力巨大【刘培生】。多孔金属不仅具备金属材料固有的特性，而且具备吸能减震、消音降噪、电磁屏蔽、透水透气等多孔材料特性。其应用领域不断扩大，并成为材料科技界的研究热点。刘培生，顾冬冬，3 1 6L不锈钢多孔结构的选区激光烧结成型工艺研究多孔金属的制造方法目前主要有粉末烧结法、纤维烧结法、铸造方法、沉积方法以及复合法刘培生和顾冬冬。在诸多的制造方法中，依照制造原理划分，粉末烧结法和纤维烧结法属于同类，都是依靠颗粒部分烧结的方法获得不完全致密体作为多孔金属；铸造方法基本是靠气体在液态金属中的占位作用而形成多孔材料；而沉积方法必须依赖有机多孔胚体作为骨架，最后将骨架去除才能形成多孔材料。近些年，由于激光制造技术的飞速发展，多孔金属的制造方法中又出现了采用激光作用粉末的激光制造方法。激光制造方法主要采用选择性激光烧结/熔化（Selective Laser Sintering/Melting，SLS/M）制造技术进行，在该方法的制造过程中，微细多孔材料的制造多以液态金属凝固的方法为主，由此产生的孔隙基本为不规则形状，很难控制其分布。采用该类技术制备孔隙材料的方法又可分为两类，第一类是完全依靠液相部分烧结的方法，采用激光作为能源，照射金属粉末，使其表面一定厚度的部分熔化并彼此焊合，未焊合部分则彼此间隔而形成孔隙，类似粉末冶金烧结造成孔隙的方法。第二种方法则是来源于铸造方法的启示，在金属粉末当中填加发泡剂，依然利用激光完全熔化粉末，于此同时发泡剂的气化作用使激光熔体产生孔隙【顾冬冬】。本研究主要利用SLM方法成形孔隙材料，但与上述激光方法不同，主要是通过扫描软件的控制，从而形成规则可控孔隙材料的方法。 2 激光成形孔隙方法原理SLM技术的成形是采用激光对于零件某一方向的截面进行扫描，并与其前层已扫描凝固截面焊合，从而层层堆积成形，已有许多文献报道，这里不再详述【】。这里正是采用利用激光束有点及线的扫描特点，从而利用扫描软件控制扫描的方式，进而将扫描线进行编织，形成的孔隙的材料、形状和大小可控，从而满足其不同的应用要求。例如采用光栅式扫描的方式，所形成的孔隙截面是正交的矩形，如图1所示：3实验3.1材料研究采用的粉末材料为316L不锈钢粉末，粉末粒度为-400目，颗粒形状基本为球形（图2）。3.2 实验方法待添加的隐藏文字内容1采用HRPM-B型SLM系统，该系统配有500W连续式光纤激光器，光斑直径为40µm，激光能量密度可达106W/cm2。首先将不锈钢粉末放入设备的储粉缸，固定生长基板后，通过配合工作缸和铺粉辊的调节而使基板的表面处于激光的焦平面上。然后将设备抽真空，并通入氩气保护，使工作腔内的气体含氧量在5ppm以下。实验制备一系列孔隙材料块体，其尺寸为10mm×10mm×10mm，实验设置扫描间距为1mm，层厚为0.03mm，激光功率和扫描速度以及扫描次数分别变化。具体见表1。表1 栅格结构块体制造工艺组别激光功率扫描速度扫描次数1200W500mm/s12250W500mm/s13300W500mm/s14200W800mm/s15250W800mm/s16300W800mm/s18200W500mm/s29200W500mm/s310200W500mm/s411200W500mm/s5块体制造完成后，采用扫描电子显微镜观察栅格结构中框架线的宽度，并且测试孔隙的大小。4、结果与讨论5、结论