Cu-Al-Ni-Mn形狀記憶合金選擇性雷射重熔

2021-01-15 江蘇雷射產業創新聯盟

雷射天地導讀:

鎳鈦記憶合金在醫療機械行業得到了廣泛應用,但由於導熱率低,鎳鈦記憶合金的工業應用受到了限制。而銅的導熱率水平僅次於銀,並且高導電性使其適用於工業應用,所以人們對銅合金超導材料(例如Cu-Al-Ni-Mn )非常感興趣。

由於高溫超導材料製造成本相對較低,可加工性良好並擁有形狀記憶特性,人們對銅合金超導材料(例如Cu-Al-Ni-Mn )非常感興趣。經過SLM加工處理的銅-鋁-鎳-錳記憶合金的相對密度非常高,但還不能優化到100%。採用第二種雷射工藝,例如重新掃描或重熔先前固化的層,可以減少甚至消除SLM零件中殘留的缺陷(氣孔,裂紋)卻不改變材料,優化相對密度,也稱為選擇性雷射重熔(SLRM)。

1.通過重熔參數的優化進而優化相對密度

重熔軌跡寬度作為能量線輸入ET的函數,如圖1a所示。

圖1.能量輸入ET對重熔軌跡寬度的影響(a)。實驗是在不同的雷射功率(PL= 300-340 W)和掃描速度(vs= 500-2500 mm / s)下進行的。磁軌形態可分為(b)寬而平滑(PL= 330 W,vs= 500 mm / s,ET= 0.66 J / mm),(c)窄而連續(PL= 330 W,vs = 740 mm / s,ET= 0.45 J / mm)和(d)狹窄且不連續(PL= 330 W,vs = 1500 mm / s,ET= 0.22 J / mm)。請注意,軌道高度已經過數字增強,以便更準確地確定軌道寬度。

圖2. Cu-Al-Ni-Mn基板的橫截面,顯示了三種不同參數設置(PL= 330 W)的重熔層和單個焊道(虛線):(a)vs= 500 mm / s,軌道重疊為50%,(b)vs= 740 mm / s,軌道重疊為50%,(c)vs= 1500 mm / s,軌道重疊為30%。重熔深度分別為163±50μm,105±30μm和65±10μm。在SLRM的情況下,在右側示意性地描繪了通過SLM進行的先前固化層的相應重熔(RC分別為1.8、1.2和0.7)。

圖3. 81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn基板重熔過程中工藝參數(PL= 330 W)對重熔係數RC的影響。它主要由掃描速度決定。相應的重熔橫截面(箭頭)如圖2所示。從插圖可以看出,影線距離(hr)與重熔係數之間沒有明確的相關性。

通常,Rc範圍在0.5到2.6之間,這意味著可以重新熔化明顯不同的體積,並且凝固後微觀結構會受到明顯的影響。

2.密度和孔徑分布

將上述重熔實驗的參數組合轉移到81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn樣品的SLM製備中。為了使工藝參數與相對密度相關聯,將參考重熔過程中輸入的能量EV,r結合了掃描速度和影線距離。因為固體材料是重熔的,所以必須考慮與SLM工藝(hc)本身略有不同的孵化距離。因此,對重熔方程調整為:。

重熔步驟主要是由於消除了50μm的小孔並改善了表面質量,從而提高了相對密度。

圖4.用μ-CT重建增材製造的81.95Cu-11.85Al-3.2Ni-3Mn立方體(a)。立方體對應於SLM,SLRM(2)和SLRM(6)標本。分析體積(材料:綠色,孔:紅色)為7×7×5 mm3。(b)和(c)顯示了與SLM樣品相比,重熔樣品的孔徑分布。在特定參數(SLRM(2))下重熔可以有效去除較小的孔。如果重熔能量太高,則總孔隙率會增加,並且還會出現較大的孔。

3.微觀結構分析

圖5.用(b)較低的(SLRM(2))和(c)較高的(SLRM(6))能量輸入重熔的(a)SLM和SLRM標本的橫截面的EBSD檢查。上排顯示了使用電子成像系統(ARGUS)的微觀結構的概覽。第二行中的圖片代表了所描述區域馬氏體變體確定的概述。變體的等效大小為:SLM = 7.43μm,SLRM(2)= 8.13μm,SLRM(6)= 8.57μm。

圖6. SLM和SLRM(6)樣本的截距長度分布。直方圖顯示了所分析的截距數量(a)垂直和(b)平行於建築物方向。插圖顯示了SLM樣本的一部分。平均截距長度用於計算顯微組織的等效平均晶粒尺寸。

本文來源:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127518303873#fo0005

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