激光近净成形不同颜色Al2O3薄壁件工艺研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zyfufen
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激光近净成形(Laser Engineered Net Shaping, LENS)是将激光熔覆技术和快速原型技术结合发展起来的一项新技术,能够实现多种材料高效、低成本、全致密、近净制造。Al2O3陶瓷材料由于机械强度高、硬度高、热稳定性好、高温耐氧化能力强等优点,被广泛应用于机械、电子、医药、食品、石油、化工、航空航天、特殊冶金等领域。将LENS技术应用于Al2O3陶瓷结构制备不仅简化了复杂零件加工流程、拓宽了Al2O3陶瓷应用领域,对提高硬脆材料直接成形加工技术水平也具有重要意义。本文以高纯Al2O3为成形材料,研究工艺参数(光斑直径、激光功率、扫描方式)对激光近净成形Al2O3陶瓷薄壁件表面质量的影响,分析薄壁件颜色与质量性能的对应关系;利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线能量色散谱仪检测薄壁件微观组织、相组成、化学元素分布等,分析性能差异及产生原因。主要研究内容如下:(1)测量粉末流密度分布规律,计算粉末有效利用率,并分析光斑直径对粉末有效利用率影响规律。通过单因素实验分析工艺参数对激光近净成形Al2O3陶瓷薄壁件表面质量影响,研究薄壁件颜色与质量性能评价关系,最终获得黑色、白色Al2O3薄壁件制备工艺;(2)利用SEM观测不同颜色Al2O3陶瓷薄壁件微观组织,通过XRD、EDS检测断面相组成及化学元素成分,分析白色、黑色薄壁件微观组织、相组成及化学元素成分差异;采用排水法测量不同颜色Al2O3陶瓷薄壁件体积密度,对比不同颜色Al2O3薄壁件、原始陶瓷粉末体积密度与理论密度大小;(3)分析不同颜色Al2O3陶瓷薄壁件表面裂纹形态、数量差异及产生原因,揭示Al2O3陶瓷薄壁件颜色变化机理,及影响薄壁件表面裂纹数量及颜色变化的因素。分析发现:粉末流呈现中心密、两端疏分布特点,粉末有效利用率随光斑直径增大而增加;随光斑直径及激光功率增大、扫描方式优化,薄壁件逐渐变白并呈现颜色越白薄壁件性能质量越好的规律;黑色、白色Al2O3薄壁件制备工艺不同,使微观组织、化学元素和相成分发生改变,进而影响薄壁件体积密度:次晶相是Al2O3陶瓷薄壁件呈色根本原因,并加剧了黑色薄壁件表面裂纹的产生与扩展。
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