【摘 要】
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激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是当前应用广泛一种金属增材制造(Additive manufacturing,AM)技术,已经成熟应用于不锈钢(如316L)、钛合金(如Ti6Al4V)、铝合金(如Al Si10Mg)、镍基高温合金(如Inconel 718)等材料的高质量成形。但是,对于激光高反射材料如纯Cu/铜合金、纯Ag等材料而言,其SLM成形仍然存在困难
【基金项目】
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广东省重点领域研发计划项目(NO.2020B090922002),项目名称:大功率蓝光半导体激光器与应用; 国家自然科学基金面上项目(NO.51775196),项目名称:激光选区熔化过程飞溅物形成机理、特征与立体控制研究;
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激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)是当前应用广泛一种金属增材制造(Additive manufacturing,AM)技术,已经成熟应用于不锈钢(如316L)、钛合金(如Ti6Al4V)、铝合金(如Al Si10Mg)、镍基高温合金(如Inconel 718)等材料的高质量成形。但是,对于激光高反射材料如纯Cu/铜合金、纯Ag等材料而言,其SLM成形仍然存在困难。基于此,本文选用CuCrZr合金作为成形材料,结合两个实际应用案例,探索高反射铜合金的SLM成形工艺与性能。主要研究内容与成果如下:(1)CuCrZr的激光吸收率与致密化行为分析。介绍基于SLM设备的激光吸收率测量原理,讨论了激光功率、扫描速度、粉层厚度、扫描间距及粉末粒径分布对激光吸收率的影响规律,并从激光吸收率角度分析了CuCrZr合金的打印参数,为成形工艺优化提供依据。以致密度和表面形貌作为优化指标,研究激光功率、扫描速度、扫描间距和粉层厚度对打印质量的影响,建立了CuCrZr合金的工艺窗口。(2)SLM成形CuCrZr的导电性能研究。研究了SLM工艺参数优化及后续热处理工艺对CuCrZr合金导电率的提升机理。结果表明,CuCrZr合金的导电率与致密度具有较强的正线性关系;对合金导电率影响较大的参数是固溶温度和时效时间。固溶处理过程中,CuCrZr的导电率随固溶时间增加先略微降低后升高,而随固溶温度升高先大幅度降低后升高。时效过程中,导电率随时效时间增加逐渐升高并趋于稳定;热处理后的冷却速度越慢,合金的导电率越高;以导电率为指标,CuCrZr合金最佳的热处理制度为1000℃固溶2 h并炉冷至室温,此时合金导电率为91.20±0.49%IACS(International Annealed Copper Standard,IACS)。(3)SLM成形CuCrZr的力学性能研究。研究了成形工艺与热处理工艺对SLM制件的力学性能影响规律,讨论了激光参数、成形方向、固溶处理、直接时效与固溶+时效对CuCrZr合金硬度与拉伸性能的影响。结果表明,提高激光功率能够增强CuCrZr合金的冶金结合,从而提高抗拉强度与屈服强度;SLM成形的CuCrZr合金具有各向异性;固溶处理后,CuCrZr的抗拉强度略微上升,延伸率最高达到37.62%;时效处理后,CuCrZr的抗拉强度最高达到492.08 MPa,延伸率显著降低到20.71%;固溶+时效处理后,CuCrZr的抗拉强度与延伸率介于单独固溶处理与时效处理之间;热处理后CuCrZr合金的强度得到提升,可由固溶强化与析出强化解释,且析出强化的作用更强。(4)针对具体工业场景,探索两个基于激光选区熔化技术的铜合金的应用案例,为高反射铜合金的工程化应用提供参考依据。
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