文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
选区激光烧结制备多孔Ni基合金的显微组织及其冶金机理
姓名:王燕
申请学位级别:硕士
专业:材料学
指导教师:沈以赴
2011-03
南京航空航天大学硕士学位论文
摘要
多孔金属材料具有密度低、比表面积大、透气率高、比强度高、能量吸收性能好等优异性
能,已发展成一种兼具功能和结构的多用工程材料;选区激光烧结是快速原型制造技术的一种,
可在没有工装夹具或模具的条件下,利用激光束将疏松粉体材料逐层烧结成形复杂形状的三维
零件。本文将选区激光烧结技术引入到多孔金属材料的制备领域,以镍基合金为基体,Zn 粉、
TiH2 粉末、CaCO3 粉末作造孔剂,成功制备出了多孔 Ni 基合金。利用 XRD、SEM、EDX、显
微硬度等分析和测试方法,对烧结所得的多孔试样的物相、多孔结构和力学性能(显微硬度)
进行了表征,分析了造孔剂类型、含量及激光工艺参数(激光功率和扫描速率)对多孔试样的
孔隙结构的影响,并阐述了选区激光工艺条件下孔隙的形成机制。
使用 Zn 粉作造孔剂制备多孔 Ni 基合金时,在 Zn 含量为 wt.%、激光功率 650 W、扫描
速率 m/s 时得到了孔隙率达 %的多孔结构,但多孔试样中基本只有由烧结球体间的空
隙形成的孔隙,Zn 粉的造孔效果并不明显;当 Zn 含量和扫描速率保持不变时,随着激光功率
的增加,所得多孔试样的孔隙率由 %下降到 %。
使用 TiH2 粉末作造孔剂时,在 TiH2 含量为 wt.%、激光功率 600 W、扫描速率 m/s
时成功制备出了孔隙结构较为均匀的多孔试样,开口孔隙率达 %。多孔试样中均含有两种
形式的孔隙,一种是由造孔剂受热分解产生气体被熔融金属捕获所形成的闭孔隙,另一种是由
烧结球体间空隙所形成的开口孔隙。当 TiH2 含量和扫描速率保持不变时,随着激光功率由 400
W 增加到 800 W,多孔试样的开口孔隙率由 %降低到 %。
对 Ni 基合金/CaCO3 混合粉末体系进行选区激光烧结实验,在 CaCO3 含量为 wt.%、激
光功率 650 W、扫描速率 m/s 时,成功制备出均匀分布于类树枝状结构间隙中的多孔结构,
枝晶臂(即孔壁)较致密,孔径分布较均匀,孔隙率达 %。当 CaCO3 含量固定为 wt.%
时,随着激光功率或扫描速率的提高,多孔试样的孔隙率均先提高后下降,这主要是与激光注
入的能量大小和造孔剂分解产生的气体量两个因素有关。CaCO3 加入提高了混合粉末的烧结性
能,气体逃逸速率和金属熔体凝固速率达到一定程度上的平衡状态是形成固/气共晶凝固的圆柱
状孔隙的关键。

关键词:选区激光烧结,镍基合金,多孔结构,激光参数,显微硬度,烧结性能

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选区激光烧结制备多孔 Ni 基合金的显微组织及其冶金机理
Abstract
Porous metals binations of properties such as low density, large specific surface area,
high permeability, high strength, good energy absorption, making it both the functional and structural
of a multi-purpose engineering material. As an important rapid prototyping (RP) technique, selective
laser sintering (SLS) enables the quick fabrication plex shaped three-dimensional (3D)
components by layerwise fusing loose powder with a scanning laser beam, without the use of
fixturing or tooling. SLS method is brought in the field of porous metals fabrication in this paper. The
porous nickel-based alloy was essfully prepared by selective laser sintering of using Zn, TiH2 and
CaCO3 powders as t