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Cu-Al-Ni-Mn形状记忆合金选择性激光重熔

来源:admin

由于高温超导材料制造成本相对较低,可加工性良好并拥有形状记忆特性,人们对铜合金超导材料(例如Cu-Al-Ni-Mn )非常感兴趣。经过SLM加工处理的铜-铝-镍-锰记忆合金的相对密度非常高,但还不能优化到100%。采用第二种激光工艺,例如重新扫描或重熔先前固化的层,可以减少甚至消除SLM零件中残留的缺陷(气孔,裂纹)却不改变材料,优化相对密度,也称为选择性激光重熔(SLRM)。


1.通过重熔参数的优化进而优化相对密度


熔宽度和轨迹形态受到能量输入的强烈影响。SLM处理期间的体积能量输入EV可以估计为:EV=PLvshclzPL:激光功率;vs:扫描速度;hc:阴影线距离(定义轨迹重叠);lz:粉末层厚度。)


ET=PLvs重熔轨迹宽度作为能量线输入ET的函数,如图1a所示。


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图1.能量输入ET对重熔轨迹宽度的影响(a)。实验是在不同的激光功率(PL= 300-340 W)和扫描速度(vs= 500-2500 mm / s)下进行的。磁道形态可分为(b)宽而平滑(PL= 330 W,vs= 500 mm / s,ET= 0.66 J / mm),(c)窄而连续(PL= 330 W,v= 740 mm / s,ET= 0.45 J / mm)和(d)狭窄且不连续(PL= 330 W,vs = 1500 mm / s,ET= 0.22 J / mm)。请注意,轨道高度已经过数字增强,以便更准确地确定轨道宽度。


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图2. Cu-Al-Ni-Mn基板的横截面,显示了三种不同参数设置(PL= 330 W)的重熔层和单个焊道(虚线):(a)vs= 500 mm / s,轨道重叠为50%,(b)vs= 740 mm / s,轨道重叠为50%,(c)vs= 1500 mm / s,轨道重叠为30%。重熔深度分别为163±50μm,105±30μm和65±10μm。在SLRM的情况下,在右侧示意性地描绘了通过SLM进行的先前固化层的相应重熔(RC分别为1.8、1.2和0.7)。


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图3. 81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn基板重熔过程中工艺参数(PL= 330 W)对重熔系数RC的影响。它主要由扫描速度决定。相应的重熔横截面(箭头)如图2所示。从插图可以看出,影线距离(hr)与重熔系数之间没有明确的相关性。


通常,Rc范围在0.5到2.6之间,这意味着可以重新熔化明显不同的体积,并且凝固后微观结构会受到明显的影响。


2.密度和孔径分布

将上述重熔实验的参数组合转移到81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn样品的SLM制备中。为了使工艺参数与相对密度相关联,将参考重熔过程中输入的能量EV,r结合了扫描速度和影线距离。因为固体材料是重熔的,所以必须考虑与SLM工艺(hc)本身略有不同的孵化距离。因此,对重熔方程调整为:EV,r=PLvshrlz


重熔步骤主要是由于消除了50μm的小孔并改善了表面质量,从而提高了相对密度。


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图4.用μ-CT重建增材制造的81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn立方体(a)。立方体对应于SLM,SLRM(2)和SLRM(6)标本。 分析体积(材料:绿色,孔:红色)为7×7×5 mm3。 (b)和(c)显示了与SLM样品相比,重熔样品的孔径分布。 在特定参数(SLRM(2))下重熔可以有效去除较小的孔。 如果重熔能量太高,则总孔隙率会增加,并且还会出现较大的孔。


3.微观结构分析


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图5.用(b)较低的(SLRM(2))和(c)较高的(SLRM(6))能量输入重熔的(a)SLM和SLRM标本的横截面的EBSD检查。上排显示了使用电子成像系统(ARGUS)的微观结构的概览。 第二行中的图片代表了所描述区域马氏体变体确定的概述。 变体的等效大小为:SLM = 7.43μm,SLRM(2)= 8.13μm,SLRM(6)= 8.57μm。


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图6. SLM和SLRM(6)样本的截距长度分布。 直方图显示了所分析的截距数量(a)垂直和(b)平行于建筑物方向。 插图显示了SLM样本的一部分。 平均截距长度用于计算显微组织的等效平均晶粒尺寸。


原文下载:Cu AD.pdf




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