《基於粉體精確噴射的金屬微熔覆沉積直接製造技術研究》是依託清華大學，由林峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：基於粉體精確噴射的金屬微熔覆沉積直接製造技術研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：林峰
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對金屬零件的微熔覆沉積製造和功能梯度結構的精確非均質製造，採用微流體數位化技術改進粉末輸送方式，提高金屬粉末輸送質量和方向的精確性，縮小雷射熔覆的熔池尺寸，提高材料成分的控制精度，探索雷射微熔覆沉積三維直接製造技術中的原理和方法。.熔覆沉積直接製造技術受限於粉末輸送精度的影響，成形精度難以提高，特別是難以製造微小金屬零件，粉末成分控制回響慢。而微流體數位化技術可實現微克量級的粉體精確輸送，且噴射的方向性較好。.本項目將二者結合，通過研究粉體微量精確輸送、微熔覆沉積等關鍵技術，開發一種新型金屬微熔覆沉積三維製造工藝。同時，將探索粉體微流動、微驅動等精確和準確的粉體噴射技術和噴頭製造技術；利用所實現的雷射熔覆微小熔池，研究微熔池內材料的熔化、冷卻、結晶等冶金規律及其對零件質量的影響；為金屬零件的高精度微熔覆沉積三維直接成形製造和非均質製造提供理論依據和技術基礎。
結題摘要
金屬零件的直接製造是快速成形（現在又稱增材製造）技術研究熱點，並在鈦合金零件的直接快速製造方面取得了較大的進展。但成形的精度和微型金屬結構的直接製造方面仍然不能令人滿意。本項目提出基於粉末精確噴射技術的金屬微熔覆沉積技術，試圖通過提高粉末噴射的精確性，以減小熔池尺寸，減小成形的沉積單元，實現較高精度和微型金屬零件直接製造的目的。項目圍繞粉末精確噴射技術、微熔覆成形工藝和鈦合金微熔覆的組織性能等方面進行了研究和探索，取得了初步成果。包括： 1、雷射微熔覆沉積成形實驗系統的研製。根據實驗研究要求，搭建的金屬微熔覆沉積實驗系統，主要有：100W單模連續光纖雷射、微流體數位化噴射裝置、雷射頭與噴頭調節裝置、顯微觀察裝置、三維運動平台及其驅動控制系統、保護氣系統等，開發了成形綜合控制系統。該系統的特點是開放結構、側向送粉、易於觀察調節、全數位化控制。 2、粉末精確噴射技術的研究。針對數位化噴射技術在粉末上的套用，較系統地研究了粉末噴射精確性、方向性和穩定性，及其影響因素，並對噴頭裝置進行了改進設計。影響粉末噴射的因素包括粉末形態、噴嘴形狀及其組合、驅動波形等。研究了證明了在“緩升急降”波形驅動下，數位化噴射技術可以較精確地控制各種金屬粉末的噴射，其方向性較好，可以滿足雷射微熔覆沉積工藝的需要。但粉末中雜質對噴射的穩定性有一定的干擾，需考慮進一步改進。 3、微熔覆沉積工藝的研究。圍繞TC4鈦合金零件的成形，研究了雷射功率、掃描速度、送粉參數以及噴嘴高度等工藝參數的影響。由於受送粉方式影響，熔覆沉積具有方向性，導致輪廓不同位置的沉積效果相差較大，嚴重時會導致成形失敗。項目中通過提高粉末噴射的準確性和增加噴射量的方法，使熔池能補償方向變化的影響，改善了各向沉積的一致性，最終實現了多種輪廓單壁零件的成形。 4、鈦合金微熔覆沉積組織性能的研究。對TC4鈦合金雷射微熔覆沉積的單壁結構，進行了組織和性能的觀察分析。發現微熔覆可獲得全密度的鈦合金組織。其頂層為細小的等軸晶且顯微硬度極高；而下面的各層因重熔和高溫回火的情況不同，可獲得定向柱狀晶或等軸晶，顯微硬度較頂層低，但也高於一般常規成形工藝的顯微硬度。項目期間，發表論文16篇，其中SCI論文2篇，EI論文11篇，國際會議論文1篇，國內會議論文2篇。申請並獲得1項國家發明專利。培養本科生3名，目前在讀博士生3名。
