选区激光熔化制备非晶合金的晶化机理和成形工艺研究

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非晶合金与传统的晶体合金材料相比,在许多方面具有优异的性能,如高屈服强度,大弹性应变极限,高耐磨性和优良的耐腐蚀性等,这使得非晶合金在工业领域具有广阔的应用空间。但是,传统的铜模铸造法在制备块体非晶合金时所存在的临界尺寸限制,严重限制了非晶合金在实际相关领域的开发应用。采用选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)制备块体非晶合金可以避免中心冷却速度较低的问题,有可能实现无尺寸限制的制备块体非晶合金,为促进块体非晶合金在相关领域的应用和发展开辟一条新的途径。铺粉方式的选区激光熔化过程中粉末会降低熔池的冷却速度,造成非晶合金的晶化。本文提出用薄带代替粉末的选区激光熔化方法即薄带选区激光熔化技术制备非晶合金,以Ti47Cu38Zr7.5Fe2.5Sn2Si1Ag2(Ti47)非晶薄带和Fe78Si9B13非晶薄带为研究对象,研究选区激光熔化技术制备非晶合金过程中的晶化和成形问题。通过激光重熔实现合金的非晶化是选区激光熔化制备非晶合金的基础。采用额定功率为500W的光纤激光器对晶态Ti47合金基体进行激光重熔实验,研究了不同工艺对激光重熔时熔池的形貌以及熔池晶化的影响。实验结果表明,单道激光重熔的熔池内部易获得非晶组织,并且随着扫描速度的降低熔池的形貌逐渐从球冠状向漏斗状转变。搭接重熔中,扫描宽度较大时,重熔区内有熔道搭接造成的热影响区晶化带,扫描宽度较小时,重熔区内基本为非晶态。这是由于扫描宽度较小时热累积效应显著,熔池展宽和扫描宽度接近而造成的。在面扫描的过程中由于热累积,匙孔效应更加的突出,熔池的熔深显著增加,同时在熔池的底部会有少量的气孔。通过激光重熔非晶薄带的成形实验,研究了不同工艺对激光重熔非晶薄带的成形影响。激光重熔Ti47非晶薄带时,重熔后可以得到有效沉积,沉积层内的晶化较少。激光重熔Fe78Si9B13(Fe基)非晶薄带时,沉积量的多少和薄带的固定方式有关:激光重熔铝箔固定的Fe基非晶薄带时,由于薄带与基材间有较大的间隙,重熔后基材表面的沉积量很少;激光重熔电阻焊固定的Fe基非晶薄带时,薄带与基材间的间隙较小,重熔后基材表面有较大的沉积量,沉积层内晶化较为严重。
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