氧化鋁陶瓷薄壁件激光單道成形的形貌和性能研究.pdf

1、氧化鋁陶瓷具有優(yōu)越的耐高溫、耐腐蝕、抗磨損等性能，因而被廣泛應(yīng)用。但傳統(tǒng)制造方法存在加工工藝復(fù)雜、加工時(shí)間長(zhǎng)等諸多缺點(diǎn)，一直制約著陶瓷制品的發(fā)展。激光直接沉積成形技術(shù)因其克服了傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)，展示了巨大的應(yīng)用前景而迅速發(fā)展起來(lái)。本文選取氧化鋁陶瓷為研究對(duì)象，運(yùn)用激光直接沉積成形技術(shù)實(shí)現(xiàn)氧化鋁陶瓷薄壁件的直接成形，開(kāi)展了薄壁件形貌及抗彎強(qiáng)度研究，對(duì)成形的基板選擇、光粉耦合，薄壁件宏觀形貌、顏色和三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度進(jìn)行分析，為實(shí)現(xiàn)基于激光直接沉積

2、成形的高質(zhì)量氧化鋁陶瓷提供理論支持。
　　首先，為對(duì)成形實(shí)現(xiàn)精確控制，采取圖像分析處理方法對(duì)粉束流圖像進(jìn)行分析，得出粉束流的形態(tài)特征。最終得到試驗(yàn)時(shí)的粉束焦斑直徑和粉束焦距分別為3.4 mm和14.7 mm。選用分析了致密氧化鋁陶瓷基板、疏松氧化鋁陶瓷基板、疏松氧化鋯陶瓷基板和TC4薄板四種基板的成形效果。發(fā)現(xiàn):致密氧化鋁陶瓷基板在成形時(shí)容易出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，薄壁件成形質(zhì)量較差;疏松氧化鋁陶瓷基板和疏松氧化鋯陶瓷基板容易出現(xiàn)凹坑現(xiàn)象，

3、這能促進(jìn)成形薄壁件形狀保持及有保溫抗開(kāi)裂的作用;TC4鈦合金雖然潤(rùn)濕性較差，不會(huì)出現(xiàn)凹坑現(xiàn)象，能促進(jìn)成形質(zhì)量。
　　其次，研究薄壁件形貌、薄壁件抗彎強(qiáng)度與工藝參數(shù)及熔池平均溫度之間的關(guān)系，尋求薄壁件抗彎強(qiáng)度控制的相關(guān)機(jī)理。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，激光功率影響陶瓷薄壁件的斷裂和頂部形貌，較小和較大的激光功率分別會(huì)影響成形薄壁件的頂端不平和斷裂缺陷。掃描速度影響薄壁件的截面形貌、上端形貌、側(cè)面平整度和裂紋。掃描速度和送粉速率都會(huì)影響成形薄壁件的

4、顏色。這是因?yàn)?，在成形過(guò)程中，TC4鈦合金基板發(fā)生氧化反應(yīng)，生成TiO2染色劑，使薄壁件呈現(xiàn)黑色或紅褐色。分析薄壁件的抗彎強(qiáng)度時(shí)發(fā)現(xiàn):陶瓷薄壁件的三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度隨激光功率的增加先增加后降低;隨掃描速度的增加而增加，當(dāng)掃描速度超過(guò)3 mm/s后，薄壁件抗彎強(qiáng)度略微下降;隨送粉速率的增加而增加，最后不再變化。最后分析了薄壁件抗彎強(qiáng)度與成形時(shí)熔池平均溫度的關(guān)系，發(fā)現(xiàn):薄壁件抗彎強(qiáng)度隨熔池平均溫度的升高先升高而后降低，在熔池平均溫度為2194-2