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大連交通大學:激光3D打印大塊非晶合金

來源:激光模具焊接機 

非晶合金又稱金屬玻璃,由于其原子陳列長程無序、短程有序的特點,其在物理、化學以及力學功能上都出現出一系列傳統晶體合金所不具有的優良特性,這使其在軌道交通、航空航天、汽車船舶、裝甲防護、精細儀器等范疇都存在普遍的使用前景。但是,處于亞穩態的非晶合金需求在較快的冷卻速率下才干取得,而目前通常采用激光模具焊接机的銅模鑄造法只能制備出臨界尺寸較小的非晶合金。另外,由于塊體非晶合金存在嚴重的室溫脆性成績,其在室溫下難以停止機械加工。復雜外形構件的模具無法或很難加工制造,招致難以取得精細復雜的非晶合金構件,這成為制約非晶合金使用的另一個瓶頸。因而,如何突破非晶合金臨界的尺寸限制和復雜構件的制備加工是擴展其在相關范疇使用的關鍵。

大連交通大學:激光3D打印大塊非晶合金

圖1 非晶合金的優良功能

近年來,激光3D打印技術的迅猛開展為處理上述難題提供了契機。激光3D打印技術屬于疾速成形技術的一種,與傳統的切削等機械加工技術不同,激光3D打印技術是一種以數字模型文件為根底的“增材制造”技術,是一種具有“革新性”意義的數字化、短周期、低本錢的先進制造技術。由于激光3D打印技術是一種逐點團圓熔覆堆積的成型辦法,其每點的所受激光加熱面積較小,熔池的熱量可以迅速向基體分散,使得激光熔池的冷卻速率遠大于非晶合金的臨界冷卻速率,使得熔池在冷凝的進程中可以防止發作晶化,進而取得非晶態,這為無尺寸限制地制備非晶合金提供能夠。另外,激光3D打印是以金屬粉末為原資深圳市普达镭射科技有限公司料,通過高能激光束對金屬粉末逐層熔化堆積,直接由數字模型一步完成全致密、高功能、復雜金屬零件的“近終成形”制造,這為制備復雜的非晶合金構提供理想的手段。

因而,針對目前非晶合金所面臨的尺寸較小和難以制備加工復雜構件的成績,激光3D打印技術是最有能夠處理上述成績,并實現非晶合金大規模使用的技術。

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圖2 激光3D打印技術制備非晶合金的優勢

最近,大連交通大學的呂云卓副教授等人與哈爾濱工業大學和英國伯明翰大學的研討人員協作,應用同軸送粉激光3D打印技術,通過無限元模仿的辦法優化最佳工藝參數,成功制備出非晶含量超越90%的大尺寸Zr基非晶合金。更為重要的是,成型的非晶合金沿著打印方向具有梯度構造,這為非晶合金作為梯度資料在功用范疇的使用提供能夠,擴展了非晶合金的使用范圍。研討發現,該非晶合金的梯度構造是由于在同軸送粉激光3D打印進程中不同打印層所閱歷的不同熱歷史所惹起的不同水平的晶化招致。

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圖3激光3D打印Zr基非晶合金的資料及安裝示意圖

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圖4 無限元模仿激光3D打印Zr基非晶合金參數優化

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圖5 激光3D打印Zr基非晶合金的微觀形貌及微觀梯度構造

研討人員應用同軸送粉激光3D打印技術,通過無限元模仿的辦法優化最佳工藝參數,成功制備出大尺寸、非晶含量較高、且具有梯度構造的Zr基非晶合金。本研討效果不只提供了一種制備大尺寸具有復雜外形的非晶合金的新辦法,也為促進高功能非晶合金在工程和功用范疇的大規模使用奠定了根底。該研討后果失掉了國度自然迷信基金(51671042, 51671043,51401041)、遼寧省教育廳重點實驗室根底研討項目(LZ2015011)的贊助。

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