金属/高分子复合粉末激光烧结成形及后处理研究

摘要

选择性激光烧结是一种比较成熟的快速成形技术，利用激光烧结实现金属零件和模具的快速制造，具有广阔的应用前景，也是目前研究的热点和难点。在国外，激光烧结覆膜金属粉末可以间接成形金属零件，而且这项技术已成功应用在模具工业上，但由于技术垄断和对材料及工艺都保密，我国难以掌握和应用。 本文的目的就是研究选择性激光烧结间接成形金属/高分子复合粉末材料及其相应后处理工艺。主要研究内容和结果如下： 研究了环氧树脂粘结剂与金属均匀混合粉末作为SLS成形材料，这种粉末具有制备简单，成本低，成形性好的优点。根据高分子聚合物与金属材料粘接性能的好坏，选择E-20和E-12两种环氧树脂作为粘结剂，并选择单一金属粉末材料如316L和电解铁粉以及复合金属粉末材料（Fe－Cu－C、Fe－Cu－Ni 和Fe－Cu－Ni－C）作为结构材料，并确定了粘结剂和结构材料的成分配比。 对环氧树脂与金属均匀混合粉末的激光烧结机理做了探讨，从实验上分析了激光功率，扫描速度，扫描间距，单层层厚四个激光烧结工艺参数对形坯强度和精度的影响。用正交试验方法优化了激光烧结的四个工艺参数，优化的工艺参数为：激光功率为14W、扫描速度为2000mm/s、扫描间距为0.1mm、单层层厚为0.1mm。 对形坯的清粉处理、脱脂降解、高温烧结等后处理展开了研究。总结出一系列对不规则零件的清粉处理方法；分析了降解温度、保温时间、保护气氛对降解过程的影响；分析了高温烧结的机理和过程，高温烧结参数对烧结件性能的影响，总结了烧结收缩规律，给出减小和补偿烧结收缩的措施。 对烧结后的毛坯采用改性环氧树脂进行浸渍，以改善零件的机械性能。分别研究了浸渍试样前后的拉伸性能，同时采用DSC、TGA和SEM分析方法分别研究了浸渍温度、固化温度、固化时间以及渗入树脂后毛坯的耐热温度和微观组织，结果表明：浸渍后毛坯试样的拉伸强度也得到了极大的提高，达到近4倍，而且毛坯的致密度也得到提高，同时毛坯耐热温度可以达到200℃。 通过本文的研究，可以得出结论，采用上述方法可以制造注塑模，而且能够满足对金属零件和模具要求比较的用户需求。