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、加工時間長等諸多缺點(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。本文選取氧化鋁陶瓷為研究對象，運(yùn)用激光直接沉積成形技術(shù)實現(xiàn)氧化鋁陶瓷薄壁件的直接成形，開展了薄壁件形貌及抗彎強(qiáng)度研究，對成形的基板選擇、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，為對成形實現(xiàn)精確控制，采取圖像分析處理方法對粉束流圖像進(jìn)行分析，得出粉束流的形態(tài)特征。最終得到試驗時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容易出現(xiàn)開裂現(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裂的作用;TC4鈦合金雖然潤濕性較差，不會出現(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影響成形薄壁件的

4、顏色。這是因為，在成形過程中，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