金属粉末选区激光熔化实验研究

• 作 者: 孙大庆
• 发表日期: 2007年01期
• 关键词: 光纤激光器 熔化 汽化 功能梯度材料

选区激光熔化技术是近几年出现的能直接制造终端、近终端金属产品的快速成型技术。该技术综合了激光技术、材料科学技术、机械工程及数控技术,可以直接成型金属三维实体。它将激光烧结技术与激光熔覆技术结合起来,利用纯金属或合金粉末直接制造出具有冶金结合致密性接近100%、具有较高尺寸精度和较好表面粗糙度的金属零件。激光与金属粉末相互作用机理是熔化成型的理论基础。通过研究激光能量在金属粉末中的传导,探讨单一组分金属粉末熔化成型的机制,并对影响金属粉末熔化成型中最为重要的因素—球化现象进行了理论分析。工艺参数优化是实现熔化成型的重要因素。激光器是选区激光熔化成型的核心设备,本试验采用的是具有良好的光束质量和聚焦能力的光纤激光器对单一组分铁粉进行了实验研究,探讨工艺参数对成型体的影响。粉末密实度及保护气氛直接影响成型体的致密度及精度,采取合适的铺粉方式和有效的气体保护装置可以提高成型质量。铺粉厚度要严格控制在激光能量穿透限度以内才能使基层和熔化层达到很好的结合。本文对激光功率、扫描速度及扫描间距进行了大量的工艺实验研究,氧化是引起成型体缺陷的主要因素。高能激光束可以汽化金属粉末,形成熔池。激光功率和扫描速度直接影响粉末吸收激光能量的大小,继而影响熔池的高度和厚度。熔池重凝后可以形成金属薄壁。采用双边扫描的方式可以提高薄壁结构的质量。粉末飞溅是影响薄壁制取的重要因素,通过实验探究得到临界扫描速度,在本实验条件下,该速度不受激光功率的影响基本保持固定大小。利用激光技术制备功能梯度材料是激光快速成型技术的一个发展方向。通过对比各种不同的制备工艺,采用激光汽化金属粉末制取金属薄壁的方法,实现铁镍功能梯度材料的制备。