金屬粉末激光微成形實(shí)驗(yàn)的研究.pdf

1、近年來微機(jī)械技術(shù)得到了蓬勃的發(fā)展。微型機(jī)械是指毫米和微米尺度的機(jī)械，它的實(shí)現(xiàn)依賴于微細(xì)加工技術(shù)。目前微機(jī)械的制造方法很多，激光微成形即為其中一種。激光微成形是一種先進(jìn)的制造技術(shù)，它綜合了機(jī)械工程、激光技術(shù)、數(shù)控技術(shù)以及材料科學(xué)技術(shù)，不受零件復(fù)雜程度的限制，可以制造出形狀任意復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)。 金屬粉末的激光微成形是采用激光和金屬粉末相互作用來制造微小金屬零件。金屬粉末的直接成形具有非金屬粉末不可比擬的優(yōu)勢。所成形的金屬零件強(qiáng)度高，

2、不需要后續(xù)處理，大大節(jié)省了從原材料到最終實(shí)體的時(shí)間。具有環(huán)境污染小，速度快，效率高的特點(diǎn)。因此金屬粉末的激光微成形近年來獲得了廣泛的關(guān)注。 目前激光微成形的工藝很多，本文在激光選區(qū)燒結(jié)工藝的基礎(chǔ)上，對(duì)粉末激光微成形的機(jī)理進(jìn)行了分析。研究了激光和粉末的相互作用規(guī)律。激光燒結(jié)微成形最終零件的質(zhì)量受很多實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響，任何一個(gè)參數(shù)的變化都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生大的影響。作者分析了粉末激光微成形過程中工藝參數(shù)的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。通過正交實(shí)

3、驗(yàn)，指出了一些主要參數(shù)對(duì)粉末激光微成形影響程度的主次。同時(shí)分析了激光波長、掃描速度、粉末顆粒度和激光功率密度的變化對(duì)粉末激光微成形的影響。 不同的粉末在不同激光的輻射下會(huì)有不同的結(jié)果。作者進(jìn)行了不同粉末(Ni粉、Fe粉、Al粉和Cu粉)的激光微成形實(shí)驗(yàn)。分別采用了光纖和CO2激光進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。從最小光斑直徑和金屬粉末對(duì)光的吸收率來說，光纖激光都優(yōu)于CO2激光。從對(duì)比實(shí)驗(yàn)中得出，在金屬粉末激光微成形方面，光

4、纖激光具有比CO2激光更高的性價(jià)比；對(duì)于粉末微成形，連續(xù)的激光輸出或高的輸出頻率是必不可少的。低的激光脈沖會(huì)導(dǎo)致粉末被濺射而不能成形；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Fe粉的成形效果最好。其它三種粉末在實(shí)驗(yàn)過程中有起球現(xiàn)象。對(duì)于微細(xì)鐵粉，在空氣中會(huì)發(fā)生自燃現(xiàn)象，無法成形。即使在Ar氣保護(hù)的情況下，由于微細(xì)鐵粉尺寸相對(duì)較小，密度大。對(duì)激光的反射率較高，成形效果也不理想。 對(duì)粉末成形過程中粉末在激光輻射后的三種狀態(tài)(燒結(jié)、熔化和氣化)進(jìn)行了描述。分析了粉層

5、的三種狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的激光功率密度的閾值范圍。為實(shí)驗(yàn)過程中有效的避免粉末氣化的產(chǎn)生提供了依據(jù)。對(duì)微成形過程中氣化所得的金屬凹槽進(jìn)行了微觀分析，給出了它的微觀形貌和組織結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)成形過程中的粉末起球現(xiàn)象進(jìn)行了分析，對(duì)金屬小球內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了觀察，并對(duì)金屬粉末在激光作用下的球化現(xiàn)象進(jìn)行了解釋。 為了更好地了解激光輻射粉層后，粉層內(nèi)溫度的變化，作者對(duì)粉末材料的熱傳導(dǎo)率進(jìn)行了計(jì)算，建立了微成形過程中激光和粉末相互作用的物理模型，同時(shí)對(duì)粉層的