选区激光烧结制备多孔Ni基合金的显微组织及其冶金机理

摘要

多孔金属材料具有密度低、比表面积大、透气率高、比强度高、能量吸收性能好等优异性能，已发展成一种兼具功能和结构的多用工程材料；选区激光烧结是快速原型制造技术的一种，可在没有工装夹具或模具的条件下，利用激光束将疏松粉体材料逐层烧结成形复杂形状的三维零件。本文将选区激光烧结技术引入到多孔金属材料的制备领域，以镍基合金为基体，Zn粉、TiH2粉末、CaCO3粉末作造孔剂，成功制备出了多孔Ni基合金。利用XRD、SEM、EDX、显微硬度等分析和测试方法，对烧结所得的多孔试样的物相、多孔结构和力学性能（显微硬度）
　　 进行了表征，分析了造孔剂类型、含量及激光工艺参数（激光功率和扫描速率）对多孔试样的孔隙结构的影响，并阐述了选区激光工艺条件下孔隙的形成机制。
　　 使用Zn粉作造孔剂制备多孔Ni基合金时，在Zn含量为9.0 wt.%、激光功率650 W、扫描速率0.03 m/s 时得到了孔隙率达24.6%的多孔结构，但多孔试样中基本只有由烧结球体间的空隙形成的孔隙，Zn粉的造孔效果并不明显；当Zn含量和扫描速率保持不变时，随着激光功率的增加，所得多孔试样的孔隙率由32.3%下降到13.7%。
　　 使用TiH2粉末作造孔剂时，在TiH2含量为5.0 wt.%、激光功率600 W、扫描速率0.03 m/s时成功制备出了孔隙结构较为均匀的多孔试样，开口孔隙率达41.3%。多孔试样中均含有两种形式的孔隙，一种是由造孔剂受热分解产生气体被熔融金属捕获所形成的闭孔隙，另一种是由烧结球体间空隙所形成的开口孔隙。当TiH2含量和扫描速率保持不变时，随着激光功率由400W 增加到800 W，多孔试样的开口孔隙率由47.4%降低到36.7%。
　　 对Ni基合金/CaCO3 混合粉末体系进行选区激光烧结实验，在CaCO3含量为5.0 wt.%、激光功率650 W、扫描速率0.03 m/s 时，成功制备出均匀分布于类树枝状结构间隙中的多孔结构，枝晶臂（即孔壁）较致密，孔径分布较均匀，孔隙率达48.6%。当CaCO3含量固定为5.0 wt.%时，随着激光功率或扫描速率的提高，多孔试样的孔隙率均先提高后下降，这主要是与激光注入的能量大小和造孔剂分解产生的气体量两个因素有关。CaCO3 加入提高了混合粉末的烧结性能，气体逃逸速率和金属熔体凝固速率达到一定程度上的平衡状态是形成固/气共晶凝固的圆柱状孔隙的关键。

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文摘

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论文说明:图表目录

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第一章绪论

第二章镍基合金/Zn粉末体系多孔结构铺粉与压块烧结对比研究

第三章镍基合金/5.0wt.%TiH2粉末体系多孔结构SLS制备及机理

第四章镍基合金/CaCO3粉末体系微细多孔结构SLS制备及机理

第五章结论与展望

参考文献

致谢

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