电子束选区沉积是指粉末在电子束的作用下形成熔池,随着电子束束斑的移动实现烧结(或熔化)。目前该工艺正被世界各国广泛地应用于直接金属快速制造中。
1国外研究现状
在国外,许多学者针对电子束选区沉积的工艺、零件的显微结构及其性能进行了研究。例如Nikolas Hrabe等[6]发现电子束选区熔化成型零件的显微结构、机械性能、显微硬度与成型面距离预热底板的距离无关,而此前一直认为预热会对这三者产生影响,他还发现构件尺寸对极限抗拉强度、屈服强度的影响在2%以内。J.E.MATZ[7]则是针对电子束实体自由成型中718合金中碳化物的形成进行建模,并预测了碳化物的最大尺寸。Jennifer Hernandez[8]研究了用电子束熔融Ti-48Al-2Cr-2Nb粉末得到的零件的显微结构。Mari Koike[9]比较了电子束熔融、激光熔融、铸造、锻造的零件的性能,发现:激光熔融与锻造的零件强度相当,电子束稍次之;电子束熔融与激光熔融的零件硬度相当均优于铸造与锻造的零件;在耐磨性上电子束熔融与激光熔融相差不大,说明电子束与激光熔融制造的零件在牙科运用上具有一定优势。N.A.Narkevich[10]提出利用电子束堆焊对低碳钢进行强化,发现梯度涂层与熔化带的性能得到优化。S.F. Gnyusova[11]等研究了电子束堆焊M2涂层的结构特点,发现涂层中的奥氏体含量越多,零件的耐磨性越好。24538
2国内研究现状
在国内,许多对于电子束选区沉积的研究也相继开展。
在工艺方面,何伟[12]将电子束选区沉积的成形过程分为粉末固定、粉末预热及粉末熔化3个阶段,并分析了每个阶段的工艺要求。颜永年[13]推导了将电子束选区熔化快速成型技术中能量密度因子的表达式,这对电子束熔化成型过程的工艺参数选择具有重要指导意义。但他并没有考虑到加工层厚度、以及光斑直径的影响。论文网
在粉末设计上,杨鑫[14]对金属粉末进行受力分析,建立了金属粉末受力模型,分析说明通过粗细搭配、形貌搭配来设计制备粉末,可以有效地防止粉末溃散,但他的受力模型是属于静态的,而电子束冲击粉末是一个动态的过程。
在扫描策略上,刘海涛[15]研究发现回旋扫描路径可以减少能量的积累,减小金属小液滴的飞溅,从而获得较好的层面质量,另外他还建立了扫描线宽与电子束电流加速电压和扫描速度的数学模型。林峰[16]认为扫描过程中应保持扫描路径连续,并尽可能避免扫描线长度突变。齐海波[17]针对电子束选区熔化技术中扫描路径对成形零件温度分布的影响,建立了有限元模型,并提出采用旋转与反向扫描相结合的扫描策略,有效降低了成形件的翘曲变形。
在预热工艺上,刘海涛[15]对粉层进行预热可以减少了未熔粉末的飞溅;韩建栋[18]通过实验验证了粉末预热能够有效地改善球化现象,提高表面质量,明显改善层间结合情况。李文涛[19]采取红外辐射灯对粉末进行预热,发现成形效果明显改善。但他们都对预热后粉末黏结力的变化机理缺少分析,没有确定统一的预热标准。
在搭接率的选择上,刘海涛[15]通过研究发现当搭接率为0.5时,所获得的层面质量优于搭接率小于0.5时的层面质量,但他并没有对此数据进行深入分析,没有解释如此选择搭接率为0.5的深层原因。
在防止吹粉现象上,齐海波[20]研究发现降低电子束束流和提高粉末致密程度以及选用摩擦系数大的金属粉末,同时若对金属粉末进行预热,则能够有效地解决吹粉现象;在防止球化现象上,刘海涛[15]发现采用功率与扫描速度比值大于0.1的工艺参数进行扫描,可以有效防止球化现象的发生。吹粉与球化现象都与粉末的熔化状态息息相关,但他们并没有针对熔化程度对粉末黏结力的影响进行细致地考量。
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