选区熔化过程多尺度多物理场建模研究进展

选区熔化技术是一种基于粉末床的、能够精确成形复杂零件、调控微观组织和性能的金属增材制造技术,其成形过程的计算机模拟对于生产实践具有重要指导意义。综述了国内外的研究现状,首先介绍选区熔化技术的原理及其特点;然后介绍国内外对选区熔化过程已经开展的计算机模拟技术的研究进展;并进一步重点介绍针对电子束选区熔化过程的多尺度多物理场模型,主要包括:(1)微观尺度电子束与材料相互作用的能量吸收模型;(2)细观尺度从铺粉到粉末加热、熔化、流动、沉积成形全过程的模型;(3)宏观尺度零件成形过程模型。     

电子束选区熔化成形技术及应用

电子束选区熔化成形技术是一种以电子束为热源的金属材料增材制造技术,可成形具有复杂形状的高性能金属零部件,在航空航天、生物医疗、汽车制造等领域有着广阔的应用前景。简要介绍了电子束选区熔化成形技术的基本原理,综述了不同粉末材料电子束选区熔化成形组织与性能研究现状、电子束选区熔化成形过程数值模拟方法、电子束选区熔化成形技术的应用,最后指出改进技术迫切需要解决的问题并展望其未来发展趋势。     

基于增材制造的异种金属一体化成形关键问题

随着航空航天技术的发展关键部件性能需求逐渐提高,单一材料部件已经无法满足严苛服役条件下的性能需求,而异种金属材料的直接近净成形制备是航空航天、国防及军工等关键领域研究的重点方向。目前传统异种金属材料制备面临加工工艺与材料物性匹配问题、界面缺陷控制以及一体化成形困难等诸多瓶颈,利用增材制造技术制备异种金属部件成为材料成形及增材制造领域的重要发展方向。本文介绍了定向能量沉积、激光选区熔化和电子束熔化在异种金属增材制造中的研究现状,对粉末铺放工艺、高能束与粉层适配性、全互溶合金析出相控制、非互溶材料高能束连接问题及界面成分分布控制进行了梳理与总结,并提出了解决方法。最后,对异种金属增材制造在航空航天领域的未来发展方向进行了展望。     

选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究现状及航空航天应用

综合评述了选区激光熔化(SLM)成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料国内外研究现状,分析了选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料的技术难点,介绍了碳化硅颗粒增强铝基复合材料在航空航天领域应用案例及选区激光熔化技术优势,最后对选区激光熔化成形碳化硅颗粒增强铝基复合材料研究进行了展望。     

热处理对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金组织及性能影响

针对激光选区熔化Al-Mg-Sc-Zr合金强度提升以及与塑性合理匹配等问题,采用致密度最优工艺优化策略,获取了激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr最佳参数,并进行了时效与固溶热处理,研究了其对微观组织和力学性能的影响。结果表明：Al-Mg-Sc-Zr在激光功率为360～370 W、扫描速度为800～1000 mm/s、扫描间距为100μm及铺粉层厚为30μm时,致密度和组织缺陷最佳;时效或固溶热处理后,材料组织呈现交替分布细晶区和粗晶区,发生析出相增加强化,屈服与抗拉强度较沉积态得到提升;时效热处理相较固溶热处理,材料晶粒无明显长大,325℃/4 h时效热处理综合力学性能最佳,屈服强度为548 MPa、延伸率为11%;改变Al-Mg-Sc-Zr激光选区熔化成形材料热处理制度,可对其合金晶粒尺寸、析出相尺寸和密度进行控制,实现强度与塑性的合理匹配。     

钛合金3D打印成形技术及缺陷

介绍了3D打印技术的发展概况、基本原理和技术特点。综述了国内外几种常用的钛合金3D打印技术:激光选区烧结成形技术(SLS)、激光选区熔化成形技术(SLM)、激光立体成形技术(LSF)、电子束选区熔化成形技术(EBSM)、电子束熔丝沉积成形技术(EBF3)等,综合比较,EBSM技术由于具有成形效率高、精度高、成本低和真空无污染等优点,是未来最具发展前景的钛合金3D打印技术。成形过程中缺陷的成因和检测是3D打印领域重要研究热点,也是3D打印件能否实现应用的基础。重点介绍了钛合金3D打印成形过程中主要缺陷(包括球化现象、裂纹、孔隙以及翘曲变形)的分类、危害和成因,以及3D打印件常用的无损检测技术,并结合国内外研究情况对各种缺陷的抑制或改善方法进行探讨。最后,从材料、设备、工艺和检测技术方面,对未来钛合金3D打印技术发展前景进行了展望。     

金属构件选区激光熔化成形技术

金属构件由粉末直接成形是快速成形技术的发展方向.现阶段已有的金属粉末直接快速成形技术主要有选区激光烧结、激光熔覆和选区激光熔化的3种工艺.前两种方法不能直接制造出可直接使用的达到一定尺寸精度和表面粗糙度要求的金属构件.选区激光熔化方法利用直径30～50μm的聚焦激光束,把金属或合金粉末选区逐层熔化,堆积成一个冶金结合、组织致密的实体.其外形不需进一步加工,经抛光或简单表面处理就可直接作模具或工件使用.本文对现阶段国内外快速成形金属零件的主要的3种工艺方法进行简要评述,着重介绍选区激光熔化技术的设备和工艺的研究现状和发展前景.     

激光选区熔化设备铺粉质量提升实践

在选区激光熔化成形AlSi10Mg合金结构件过程中,铺粉质量直接影响打印件的尺寸和内部质量,尤其是前几层铺粉质量直接决定零件能否打印成功,利用控制粉末与打印基板质量、修磨刮刀、调节刮刀与基板的间隙、优化零件打印工艺性等方法改进铺粉质量,最终达到提高零件3D打印精度及成型质量的效果。     

激光选区熔化成形TC4钛合金的电子束焊接气孔缺陷控制研究

激光选区熔化(SLM)增材制造技术常用于格栅、腔体结构、燃烧室组件等航空、航天、兵器领域复杂小型零件的制造.为了适应大尺寸零部件的制造,较为理想的方案是采用分段增材成形+拼焊连接的方案,针对SLM成形TC4钛合金进行了电子束焊接工艺验证研究,分析了SLM成形材料焊接气孔缺陷及其产生原因,探讨了不同焊接工艺对气孔缺陷的改...     

增材制造γ–TiAl合金超声喷丸表面完整性数值及试验分析

为探究超声喷丸对增材制造γ–TiAl合金表面完整性的影响特性,验证有限元数值模型的可行性,以电子束熔化制备的γ–TiAl合金试样为研究对象,建立超声喷丸三维有限元模型,对不同喷丸参数下试样表面粗糙度及应力场分布进行仿真分析。采用不同喷丸参数对试样表面进行0.15 A、0.25 A两种喷丸强度的超声喷丸试验,揭示喷丸工艺对电子束熔化γ–TiAl合金微观形貌、残余应力分布、表面粗糙度及显微硬度等表面完整性的影响规律,验证仿真模型的有效性。结果表明,超声喷丸处理后,试样表层晶粒尺寸得到细化,产生了由表层至深层的晶粒尺寸梯度变化,形成了约150～250μm深的残余压应力层;此外,相同弹丸直径下,提高喷丸强度可显著增加试样表面粗糙度均值的分布,相同喷丸强度下,增加弹丸直径可有效降低试样表面粗糙度;超声喷丸试样表面显微硬度相对未喷丸试样表面（305HV）提高显著,最大显微硬度均出现在距离表层最近的测量点位置,其影响层深度可达300～500μm。     

增材制造钛铝合金研究进展

钛铝合金具有轻质、高强、耐高温等优异特性,在航空领域,特别是在航空发动机涡轮叶片上具有重要应用价值。然而,钛铝合金的室温脆性大、热变形能力低,使得采用传统的锻造、精密铸造、粉末冶金等技术均难以制造具有复杂形状,特别是具有内部空腔结构的钛铝合金叶片,限制了其性能的进一步提升。增材制造技术能够突破形状的制约,有望发展成为制造钛铝合金复杂结构零部件的新技术。目前,应用于钛铝合金的增材制造技术主要有电子束选区熔化、选区激光熔化和激光金属沉积。本文调研了增材制造钛铝合金领域2010~2020年的文献,对上述3类增材制造技术的原理和特性、所使用合金粉末的特性、打印构件的相组成、组织形貌和热处理工艺、宏观和微观力学性能及其在航空领域的应用等研究进行了对比分析和评述,并对增材制造钛铝合金发展中所存在的问题及下一步研发重点进行了总结和探讨。     

采用XD工艺合成TiAl合金及TiC／TiAl复合材料的研究

研究了用ＸＤ（热爆）工艺合成ＴｉＡｌ合金及ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料,井探讨了其合成反应机制。结果表明,可在Ａｌ的熔点附近用ＸＤ工艺制备ＴｉＡｌ合金及其ＴｉＣ颗粒增强的ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料,Ｔｉ－Ａｌ粉末间的放热反应促进了ＴｉＣ的合成。ＴｉＡｌ合金由ＴｉＡｌ＋Ｔｉ３Ａｌ相组成,而ＴｉＣ／ＴｉＡｌ复合材料由ＴｉＣ＋ＴｉＡｌ＋Ｔｉ３Ａｌ相组成。     

太空原位制造和修复技术研究现状分析

概述了太空原位制造和修复技术（In—situ Fabrication and Repair,ISFR）的概念和特点,并结合该技术的发展背景,介绍了国内外以选择性激光烧结和电子束熔融技术为代表的太空原位制造、空间钎焊修复、太空基地建筑构建等方向发展现状及趋势。结合我国空间技术事业发展,提出充分借鉴国外相关技术成果,围绕主要应用材料,重点开展空间环境适应性和应用验证研究,并探索利用模拟月壤开展太空原位制造技术研究的设想与建议。     

电子束熔覆改性技术扫描波形设计

根据电子束扫描特性,设计电子束熔覆改性试验所用波形,利用该波形进行钛合金表面熔凝和硅化物涂层重熔试验,研究了扫描波形对电子束单道熔覆能量输入均匀性的影响。结果表明,电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性是扫描波形、电子束束斑品质、扫描频率和工艺参数综合影响的结果,所设计波形可用于电子束熔覆表面改性技术,改性层厚度均匀一致,扫描波形是影响电子束熔覆过程中熔池表面温度场均匀性的关键因素。     

原位自生MAX 相增强TiAl 基复合材料

叙述了近年来国内外原位自生MAX相增强TiAl基复合材料的研究进展。叙述了MAX相结构和性能,MAX相增强TiAl基复合材料的原位合成工艺的研究进展及原位合成机理,并对复合材料的微观组织、界面结构以及力学性能进行了综述,最后对其应用进行展望。     

赝火花脉冲电子束烧蚀制备纳米薄膜

类似于脉冲激光束烧蚀法制备薄膜 ,利用纳秒赝火花脉冲电子束与靶材料相互作用 ,通过靶材料的瞬间熔化、蒸发或以团簇抛出的方式 ,在低温衬底上重新成核、凝结 ,得到了与靶材的化学计量比相同的薄膜。讨论了材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象 ,并给出高分辨电子显微镜、X射线衍射、光电子能谱分析等方法的测试结果。研究表明 ,由于赝火花脉冲电子束高功率密度 (10 9W cm2 )的瞬态烧蚀作用 ,为研究和制备多元素氧化物薄膜、难熔金属多层膜或氧化物 金属多层膜提供了一种新手段     

Electron Beam-Physical Vapor Deposited TiAl-based Laminated Composite Sheet with Nb Layer Toughening

The TiAl-based laminated composite sheet of 150mm×100 mm×0.2mm, with 24 TiAl layers and 23 Nb layers laid alternately one on another, was successfully fabricated using the electron beam-physical vapor deposition (EB-PVD) method. The microstructure and properties of the sheet were investigated on an atomic force microscope (AFM), a scanning electron microscope (SEM) and a tensile testing machine. The results indicate that the evenly distributed Nb layers are well joined with the TiAl layers, and the interfaces between layers are transparent, and every interlayer spacing is of about 8 μm. The fractures appear to be a mixture of intergranular fractures and somewhat ductile quasi-cleavage ones. Despite its slight influence on ultimate tensile strength, the inserts of Nb layers efficiently in-crease the room temperature ductility of TiAl-based alloys due to the crack deflection effect.     

适于电子束固化的环氧648树脂体系的初步研究

对适于电子束固化的环氧 64 8树脂体系进行了初步研究,探索了二苯基碘六氟磷酸盐含量对环氧64 8树脂体系的影响,并针对辐射剂量对体系的影响进行了分析,最后还比较了环氧丙烷丙烯醚、丙烯酸丁酯及丙酮作为稀释剂的使用效果。结果表明 :在所研究的树脂体系中,碘盐的用量存在最佳值,辐射体系 Tg随辐射剂量的增大而有所增加,活性稀释剂在一定的用量范围内对体系的降粘效果较好     

强流脉冲电子束烧蚀法沉积Li NbO3铁电薄膜

介绍用脉冲电子束烧蚀法在不同温度的单晶硅 (1 1 0 )衬底上沉积铌酸锂铁电薄膜 ,以及用脉冲电子束进行薄膜晶化处理的实验结果 ;使用扫描电子显微镜 (SEM)、X射线衍射 (XRD)、光电子能谱 (XPS)等方法 ,对薄膜的成份、晶体结构及表面形貌进行分析测试。采用表面轮廓仪测定 LN薄膜的膜厚分布均匀性等。文中探讨了靶材料烧蚀和沉积过程中出现的诸多现象。研究表明 ,这种薄膜制备方法有许多独特之处 ,随着该项技术的不断改进和发展 ,将为光电集成电路提供一种新工艺和新技术