閉孔的多孔金屬材料是一種新型的功能材料,以其良好的吸能性能、隔聲性能及吸聲性能受到人們廣泛的關(guān)注。激光增材制造技術(shù)制備多孔鋁合金不僅能夠解決其難以形成冶金連接的問(wèn)題,同時(shí)還能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜大型多孔隔聲結(jié)構(gòu)的制備及復(fù)雜構(gòu)件關(guān)鍵部位表面多孔減振層的復(fù)合制備。因此,開(kāi)展激光增材多孔鋁合金結(jié)構(gòu)件的研究具有重大意義。本文開(kāi)發(fā)了一種激光增材制備多孔鋁合金的新方法,將經(jīng)過(guò)前處理修飾的造孔劑TiH_2粉體以同步送粉的方式送入熔池,延長(zhǎng)造孔劑孕育期,最終實(shí)現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)的原位合成。同時(shí),探究了粉體前處理工藝改進(jìn)、增粘元素Ti添加和稀土La_2O_3添加對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)、吸能性能及隔聲吸聲性能的影響規(guī)律。此外,還設(shè)計(jì)了一種多孔聲子晶體結(jié)構(gòu),通過(guò)模擬與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,探究了消聲性能的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明,粉體前處理化學(xué)鍍最佳參數(shù)為一次鍍覆30min。最佳的激光直接沉積工藝參數(shù)為:激光功率密度為57.20W/mm~2,掃描速率6mm/s,多道搭接率為42%,多層造孔分層厚度0.7mm,掃描路徑為單向長(zhǎng)光柵型掃描路徑。在整個(gè)頻域內(nèi),多孔鋁合金的隔聲性能與孔隙率成正比,而與孔徑大小成反比,而頻率較低時(shí)孔隙率起到主要控制作用;在吸能范圍內(nèi)理想吸能效率達(dá)到0.58;平均隔聲量達(dá)到40.74dB。同時(shí),研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)補(bǔ)液的方法可以改進(jìn)粉體前處理效果,進(jìn)而顯著提升多孔鋁合金的隔聲與吸能性能。Ti元素的添加降低了孔隙率和孔徑,但提高了彈性模量和屈服強(qiáng)度,導(dǎo)致理想吸能效率先增后減,隔聲性能始終提高。稀土La_2O_3的添加提高了面密度,添加0.5%的La_2O_3同時(shí)提高了理想吸能效率和隔聲性能。而添加1%的La_2O_3時(shí),提升了理想吸能效率,但隔聲性能大幅降低。ABAQUS有限元分析計(jì)算結(jié)果和激光選區(qū)成型的多孔聲子晶體樣品測(cè)試結(jié)果表明,入射到多孔聲子晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的聲波在接觸散射體結(jié)構(gòu)后會(huì)發(fā)生散射反應(yīng),同相位的散射波相互干涉,導(dǎo)致部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能,進(jìn)而起到隔聲和吸聲效果。由于激光選區(qū)成型的樣品存在著顯微孔隙,導(dǎo)致在低頻范圍的隔聲量與計(jì)算值相符合,而高頻范圍的隔聲性能稍高于計(jì)算值。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG146.21;TG665
【部分圖文】：

研發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光增材制造金屬基多孔減振消聲材料技術(shù)，不僅為航空、航天、船舶等領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)減振消聲材料，并將成果推廣至其他工業(yè)領(lǐng)域，具有非常重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值[9]。1.2 多孔金屬材料及研究現(xiàn)狀1.2.1 多孔金屬材料概述在金屬材料應(yīng)用領(lǐng)域，人們過(guò)去一直以實(shí)現(xiàn)無(wú)孔隙的結(jié)構(gòu)為目的，以減少鑄造、焊接等工藝中的氣孔夾雜，獲得組織致密的材料結(jié)構(gòu)[10]。然而在十九世紀(jì)四十年代，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種叫做“沸石”（又稱(chēng)分子篩）的材料，具有從混合氣體中分離單一組分的氣體的能力，這種能力是由其內(nèi)部廣泛存在的微孔產(chǎn)生的。自此多孔材料開(kāi)始走入人們的視野，并逐漸受到科研工作者的廣泛關(guān)注。根據(jù)多孔材料的孔隙形貌，主要分為開(kāi)孔型和閉孔型兩種。閉孔型多孔材料包含大量相互獨(dú)立的孔隙，而開(kāi)孔型多孔材料由相互連通的孔隙組成，如圖 1.1 所示。a b

材制造技術(shù)的特性，使得多孔金屬材料的孔隙形貌以直接或間接進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制，能在零件制造過(guò)程同區(qū)域?qū)Σ牧铣煞趾徒M織的個(gè)性化需求。料的激光增材制造工藝及研究進(jìn)展的機(jī)制，多孔金屬材料的激光增材制造工藝主要分成孔法。圖 1.2 為燒結(jié)成孔法的制備示意圖，是將源照射熔化，使熔融粉末在表面張力作用下相互接留的工藝方法[38]。隨著激光束的移動(dòng)，從而制備成[39]等人用此種工藝制備并分析了多孔 316L 激光功 V K[40]等人通過(guò)控制激光功率、掃描速率和掃描量及屈服強(qiáng)度的變化，驗(yàn)證并推動(dòng)了燒結(jié)成孔法的隙形貌、孔徑、孔徑分布等參數(shù)都可以由激光參雜，且孔徑范圍難以精確控制，均勻性較差。a b

劑法是制備均勻分布孔隙的有效方法。將金屬粉末與造孔劑的選區(qū)輻照下熔融金屬，并使造孔劑分解產(chǎn)生氣體后殘留在劑的加入，可以較為精確的控制孔徑大小，且能控制均勻的更為關(guān)注的多孔金屬材料制備工藝。法則對(duì)較大孔隙材料的制備有著更高的精確程度。通過(guò)激光 模型，只將需要成型的孔壁燒結(jié)起來(lái)，跳過(guò)孔隙分布區(qū)域，粉末去除從而制備出多孔金屬材料，如圖 1.3 所示。Ruben W單元結(jié)構(gòu)的開(kāi)孔商業(yè)純鈦，其優(yōu)異的疲勞強(qiáng)度和力學(xué)性能使廣的多孔材料激光增材制備工藝。張升[42]深入研究分析了多學(xué)性能受激光參數(shù)的影響，豐富了打印成孔法的相關(guān)理論基大型的復(fù)雜結(jié)構(gòu)有著極高的精度，但對(duì) 1mm 以下的孔隙加表面粗糙，激光導(dǎo)致半熔融的粉體粘結(jié)在孔隙內(nèi)壁難以清除力學(xué)性能較差。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2851478