【摘 要】
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铜合金具有优良的导热导电性能,是理想的液体火箭发动机燃烧室冷却壁材料。选区激光熔化技术的高自由设计度,能够方便快速的实现复杂零件的高精度成形,为航空航天发动机燃烧室的结构设计优化提供了一种新的途径。但是,由于目前多数选区激光熔化设备采用红外激光器,而铜及铜合金对红外激光能量吸收率低,严重影响选区激光熔化成形铜合金的组织和性能。为了改善铜及铜合金的选区激光熔化成形后的组织与性能,本文在考察粉末粒度、
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铜合金具有优良的导热导电性能,是理想的液体火箭发动机燃烧室冷却壁材料。选区激光熔化技术的高自由设计度,能够方便快速的实现复杂零件的高精度成形,为航空航天发动机燃烧室的结构设计优化提供了一种新的途径。但是,由于目前多数选区激光熔化设备采用红外激光器,而铜及铜合金对红外激光能量吸收率低,严重影响选区激光熔化成形铜合金的组织和性能。为了改善铜及铜合金的选区激光熔化成形后的组织与性能,本文在考察粉末粒度、合金化、表面改性、表面氧化处理等对粉末激光吸收率的影响的基础上,探索了提高选区激光熔化铜及铜合金组织性能相对密度、力学、热学和导电性能的途径。研究结果表明,铜粉粒径大小对激光吸收率有一定影响,在5-35μm、15-35μm、40-160μm三种粒径分布的纯铜粉中,激光吸收率从高到低排序为5-35μm铜粉>15-35μm铜粉>40-160μm铜粉。在相同的15-53μm粒径分布时,含0.8wt%Cr元素的铜粉激光吸收率比纯铜要高。纳米TiC表面改性对铜和Cu-0.8wt%Cr粉末的激光吸收率有较大的影响,加入纳米TiC之后粉末的激光吸收率显著提升,随着纳米TiC含量的增加,铜及铜合金粉末激光吸收率逐渐增大。对铜粉氧化处理能提高其激光吸收率,氧化处理温度越高,铜粉的激光吸收率越大,但是粉末中氧元素含量也会增加。三种纯铜粉的选区激光熔化成形实验结果表明,在相同的工艺条件下,15-53μm铜粉末成形后试样性能较好。0.2%质量分数纳米TiC改性前后的15-53μm铜及铜合金粉选区激光熔化成形实验结果表明,同样条件下,Cu-0.8wt%Cr合金试样的相对密度要高于纯铜试样;而加入0.2%质量分数纳米TiC改性后,成形试样的相对密度及力学性能得到进一步提升。在激光功率320W,扫描速度为600mm/s时,选区激光熔化成形Cu-0.8wt%Cr和Cu-0.8wt%Cr+0.2wt%TiC样品的相对密度分别为97.6%、99.7%,拉伸强度分别为198.5MPa、225.9MPa,布氏硬度为别为85.3HB、98.1HB,热导率分别为97.4W?m-1?k-1、82.6W?m-1?k-1,电导率分别为27.8%IACS、23.6%IACS,表明纳米TiC改性显著提高样品的相对密度和力学性能,但使得样品导热导电性能有所下降。
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