【摘要】：仿金銅合金作為最常見的仿金材料滿足了工藝裝飾品行業(yè)對仿金材料的大量需求,激光選區(qū)熔化(Selective Laser Melting,SLM)成形工藝是3D打印中應(yīng)用最廣的技術(shù)之一。相對于傳統(tǒng)鑄造工藝成形的仿金銅合金材料,3D打印技術(shù)與仿金材料的結(jié)合會極大提高工藝裝飾品行業(yè)的定制化程度,并對SLM成形銅合金材料有一定的指導(dǎo)作用。傳統(tǒng)仿金銅合金粉末外觀形貌為鱗片狀,而SLM成形工藝對粉末的球形度要求很高,制備出一種適用于SLM工藝的球形仿金粉末是本文要解決的首要問題,探究SLM工藝中各因素對成形件的影響規(guī)律可以獲取高質(zhì)量成形件。經(jīng)設(shè)計(jì)優(yōu)化后獲取一種新型仿金銅合金Cu6AlNiSnInCe,合金中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:Al6.5%、Ni1.2%、Sn1.0%、In0.15%、Ce0.1%、余量為Cu,分光光度計(jì)測得該成分下鑄錠與純金間色差△E為17.5。采用真空氮?dú)忪F化法制備出Cu6AlNiSnInCe仿金粉末,篩粉后用于后續(xù)SLM成形的粉末D_(10)、D_(50)、D_(90)分別為22μm、34μm和51μm,平均粒徑34μm,粒徑小于15μm的粉末占比0.8%,粒徑尺寸大于53μm的粉末占比5%;粉末粒度在15~53μm范圍內(nèi)呈現(xiàn)正態(tài)分布,粉末外觀為球形或近球形且異形粉較少,單次霧化收得率達(dá)到40%。粒形測試顯示80%的粉末其圓度擬合率達(dá)到了85%;60%的粉末其鈍度擬合率達(dá)到70%,可以定量說明大多數(shù)粉末為球形或近球形;34%的粉末贅生物指數(shù)為0%,即34%的粉末表面未與其它粉末粘連。粉末流動性為16.16 s/50g;粉末松裝密度為4.39 g/cm~3,振實(shí)密度為4.68 g/cm~3;平均氧含量為200 ppm。粉末的色度值為:L*=72.72,a*=2.30,b*=13.15,與純金色度間的色差△E為28.7;粉末在波長1064 nm處的反射率偏高達(dá)到76%。粉末顯微組織包括面心立方相(fcc)α-Cu基體和分布在基體上的富Sn密排六方相(fcp)δ-Cu_(41)Sn_(11)。SLM成形Cu6AlNiSnInCe粉末時(shí),S型單向、正交掃描策略成形試樣的致密度略高于Z型單向、正交掃描策略;重熔掃描策略不能明顯提高試樣的致密度,但預(yù)燒結(jié)掃描策略會降低試樣的致密度;預(yù)燒結(jié)和重熔掃描策略能明顯降低試樣的表面粗糙度,并改善成形過程中的飛濺問題;試樣的致密度越大,試樣與純金的色差越小。隨著激光功率的增加或掃描速度的減小,SLM試樣的致密度隨之增大。試樣的表面質(zhì)量與工藝參數(shù)密切相關(guān),激光能量密度達(dá)到400 J/mm~3,熔池表面起伏劇烈,試樣表面質(zhì)量較差;激光能量密度為156 J/mm~3,熔池穩(wěn)定平整,試樣表面質(zhì)量較好;能量密度在113 J/mm~3左右時(shí),試樣表面出現(xiàn)球化現(xiàn)象且隨著掃描速度的增加球化現(xiàn)象加劇;能量密度為104J/mm~3不足夠完全熔化仿金粉末,在搭接處形成細(xì)小連續(xù)裂紋;激光能量密度低于50J/mm~3時(shí),激光無法熔化粉末制備出外形完整的試樣。SLM試樣的組織中δ-Cu_(41)Sn_(11)相以微米級和納米兩種尺度彌散分布在α-Cu基體上,能改善材料的力學(xué)性能;而鑄錠中δ-Cu_(41)Sn_(11)相連續(xù)分布在晶界處,對鑄錠的力學(xué)性能有消極的影響。SLM試樣的壓縮強(qiáng)度和比強(qiáng)度均高于鑄錠,同時(shí)SLM試樣的耐腐蝕能力優(yōu)于鑄錠。通過將Cu6AlNiSnInCe粉末應(yīng)用于SLM實(shí)例成形,發(fā)現(xiàn)近似與激光束垂直的成形面的表面尺寸偏差較大,近似與激光束平行的成形面的表面尺寸偏差較小,因此在SLM成形中應(yīng)適當(dāng)調(diào)整模型的擺放方向使重要的結(jié)構(gòu)面避免與激光束垂直,從而使得成形件獲取良好的尺寸精度。實(shí)例中的人像STL模型由230萬片三角片擬合而成,尺寸精度對比分析得知三角片尺寸偏差集中在-0.2~0.4 mm的范圍內(nèi),且偏差為正值的三角片數(shù)量多于偏差為負(fù)值的三角片數(shù)量,經(jīng)統(tǒng)計(jì)三角片的平均偏差為+/-:0.20/-0.16,標(biāo)準(zhǔn)偏差為:0.23 mm,成形效果良好。本文自主研發(fā)的Cu6AlNiSnInCe仿金合金粉末不僅能滿足SLM成形的要求,而且成形的裝飾品和人像效果良好。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.73;TF123.2
【圖文】：

IE1976 色空間的三坐標(biāo)軸，色空間中有一條垂直方向的。L*取值 0~100，L*值越大表明材料的亮度越亮；a*為紅色的成分，a*<0，表示含有綠色成分；b*為黃藍(lán)色軸，示含有藍(lán)色成分。用 C 表示材料顏色在色度體系的色度C = √ 2 2 2中，色度 C 表示 CIELAB 色空間中某一點(diǎn)到中心原點(diǎn)的坐標(biāo)（L1*，a1*，b1*）與（L2*，a2*，b2*）位置間的距離計(jì)算公式為：△ E = √(△ )2(△ )2(△ )2中，△L=L1*-L2*，△a=a1*-a2*，△b=b1*-b2*，均勻色空間。

圖 1-2 SLM 工藝原理示意圖[14]Fig.1-2 Schematic diagram of SLM technical principle于 SLM 工藝的成形原理，不難看出相對于傳統(tǒng)成形方法 SLM 工藝優(yōu)勢明、晶粒細(xì)化、避免偏析。SLM 工藝本身賦予了零件快冷的組織特征，在極，晶粒得到細(xì)化，零件的整體性能得以提升；同時(shí)極高的過冷度下，易偏擴(kuò)散熔融金屬液就已經(jīng)凝固結(jié)晶，最終組織中不會出現(xiàn)大區(qū)域成分偏析相極小的范圍內(nèi)出現(xiàn)析出相[15]。、節(jié)能環(huán)保。相對于傳統(tǒng)減材成形工藝，SLM 工藝在材料利用率方面遠(yuǎn)高于除支撐外幾乎不浪費(fèi)原材料，是一種更加環(huán)保和節(jié)能的成形工藝。、縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期。傳統(tǒng)新產(chǎn)品的開發(fā)過程需要多次制作模具并修整產(chǎn)品的形態(tài)，耗費(fèi)大量的人力物力，延長產(chǎn)品開發(fā)周期是限制產(chǎn)品快速改障礙。采用 SLM 工藝用于新產(chǎn)品的開發(fā)，不僅可以極大縮短前期模具試錯

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2721280