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紧耦合气雾化技术制备选区激光熔化用18Ni300合金粉末的研究

汇报人：

2024-02-05

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目录

研究背景与意义

实验材料与方法

粉末形貌与结构表征

粉末性能评价与优化

选区激光熔化工艺研究

结论与展望

01

研究背景与意义

紧耦合气雾化技术原理

利用高速气流将液态金属破碎成小液滴，并在飞行过程中快速凝固成粉末。

技术特点

高冷却速率、粉末粒度可控、球形度高、氧含量低等。

应用范围

广泛应用于制备高质量金属粉末，如钛合金、高温合金、不锈钢等。

03

应用领域

航空航天、生物医疗、汽车制造等领域的复杂零件制造。

01

选区激光熔化技术原理

利用高能激光束逐层熔化金属粉末，实现复杂形状零件的近净成形。

02

技术优势

高精度、高灵活性、材料利用率高等。

1

2

3

镍基高温合金，具有优异的高温强度、抗氧化性和耐腐蚀性能。

18Ni300合金成分及性能

粒度分布均匀、球形度高、氧含量低、流动性好等。

粉末特性要求

广泛应用于航空航天、能源等领域的高温部件制造，市场需求量大。

市场需求

探究紧耦合气雾化技术制备18Ni300合金粉末的工艺参数和粉末性能，为选区激光熔化用粉末的制备提供理论指导和技术支持。

提高18Ni300合金粉末的制备质量和效率，推动选区激光熔化技术在高温合金领域的应用和发展，促进高端装备制造业的进步。

研究意义

研究目的

02

实验材料与方法

18Ni300合金成分设计

基于选区激光熔化（SLM）工艺对材料性能的要求，设计18Ni300合金的成分，确保其具有良好的打印性能和力学性能。

原料准备

选用高纯度的金属原料，如镍、铬、铁等，按照设计的成分比例进行配料，确保合金成分的准确性。

预处理

对原料进行预处理，如去除表面氧化物、油脂等污染物，提高原料的纯净度和反应活性。

紧耦合气雾化设备主要由雾化喷嘴、气体加热系统、粉末收集系统等部分组成，具有结构紧凑、能量利用率高等特点。

设备结构

利用高速气流将液态金属破碎成小液滴，并在飞行过程中快速凝固成粉末颗粒。通过控制气流速度、温度等参数，可以调控粉末的粒度、形貌和性能。

工作原理

紧耦合气雾化技术具有制备粉末纯度高、粒度分布窄、球形度好等优点，适用于制备高性能金属粉末。

设备优势

合金熔炼

雾化制粉

粉末收集与筛分

后续处理

将配好的原料在真空感应炉中进行熔炼，确保合金成分的均匀性和纯净度。

通过粉末收集系统收集制备好的粉末，并进行筛分处理，得到符合要求的粒度范围的粉末产品。

将熔融的合金液体通过漏包或导流管引入雾化喷嘴，利用高速气流将其破碎并凝固成粉末颗粒。

根据需要对粉末进行退火、筛分、混合等后续处理，以进一步提高粉末的性能和稳定性。

粒度分析

采用激光粒度分析仪对粉末的粒度分布进行测试，评估粉末的粒度大小和分布范围。

成分分析

采用能谱仪（EDS）或X射线荧光光谱仪（XRF）对粉末的成分进行测试，确保粉末成分符合设计要求。

性能测试

根据SLM工艺要求，对粉末进行流动性、松装密度等性能测试，评估粉末的打印性能。同时，对打印出的样品进行力学性能测试，如硬度、拉伸强度等，以评估粉末的综合性能。

形貌观察

利用扫描电子显微镜（SEM）观察粉末的形貌特征，评估粉末的球形度、表面粗糙度等指标。

03

粉末形貌与结构表征

扫描电子显微镜(SEM)观察

利用SEM观察粉末颗粒的形貌、大小和分布，分析粉末的球形度、卫星球等特征。

粒度分布测试

通过激光粒度分析仪测试粉末的粒度分布，得到粉末的平均粒径、粒径范围等关键参数。

X射线衍射分析(XRD)

通过XRD分析粉末的相组成，确定粉末中是否存在非晶相、氧化物等杂质相。

透射电子显微镜(TEM)观察

利用TEM观察粉末的微观结构，包括晶粒大小、晶界、位错等，分析粉末的结晶状态。

04

粉末性能评价与优化

采用霍尔流速计测试粉末的流动性，以s/50g为单位，流动性好的粉末有利于铺粉均匀和减少球化现象。

流动性测试

通过自然堆积法测量粉末的松装密度，单位为g/cm³，松装密度高的粉末有利于提高成形件的致密度。

松装密度测试

氧含量测定

采用惰性气体熔融法测定粉末中的氧含量，氧含量过高会影响粉末的冶金性能和成形件的机械性能。

粒度分布检测

利用激光粒度分析仪检测粉末的粒度分布，合理的粒度分布有利于提高粉末的成形性和烧结性能。

单道扫描实验

通过单道扫描实验研究粉末在激光作用下的熔化、凝固和冶金结合行为，为优化工艺参数提供依据。

多层扫描实验

通过多层扫描实验研究粉末在多层叠加过程中的重熔、冶金结合和缺陷控制行为，为制备高质量成形件提供指导。

05

选区激光熔化工艺研究

主要由激光器、扫描振镜、粉末供给系统、成形缸、气氛保护系统等组成。

设备构成

工作原理

设备特点

利用高能激光束按照预定轨迹扫描熔化金属粉末