貝殼等天然生物材料在具有高強度、高硬度的同時,兼具高塑性、高韌性。貝殼外表面具有螺旋狀的紋路,在厚度方向逐層梯度,且由內(nèi)層向外層過渡時,層片之間形成旋轉紋路的結構,是其具有綜合性能的主要原因。本文仿照天然貝殼的結構,以45鋼為基材,三種不相同的Fe-Cr-Ni合金粉末為熔覆材料,采用激光鋪粉增材制造技術制備了多層梯度結構材料。建立了多層梯度結構材料的層間膨脹系數(shù)以及梯度結構熱應力的匹配原則,研究了層間結晶規(guī)律、微觀組織結構演變和磨損性能,獲得了性能優(yōu)異的多層梯度結構材料的合金粉末匹配原則和激光增材制備工藝參數(shù),其研究成果對激光增材制備耐磨材料具有一定的技術支持和理論指導意義。其主要成果如下:（1）層間材料的匹配原則梯度結構各層之間的熱應力匹配應滿足:使抗裂性能高的梯度材料受拉,脆硬材料受壓的原則。仿生梯度結構中,基體采用45鋼,過渡層采用材料1,中間層采用材料2或材料3,這樣使與材料1相鄰的熔覆層產(chǎn)生壓應力,材料1則受拉應力作用。（2）梯度層間結晶特征合金元素的含量及相鄰層紋路夾角會對熔覆層的結晶形態(tài)產(chǎn)生影響:三種合金粉末中,Ni含量低的材料2和材料3的凝固模式為FA;Ni含量較高的材... 

【文章來源】：長春理工大學吉林省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

貝殼等生物材料微觀結構

第2章試驗材料與設備9圖2.1合金粉末顆粒形貌2.1.3黏結劑選型根據(jù)熔覆層材料添加方式不同，通常將激光熔覆分為預置送粉式、同步送粉式和絲材激光熔覆[33]。預置送粉法：首先將熔覆材料與粘接劑混合后，粘結至基體表面制成涂層；然后利用連續(xù)的高能激光束掃描涂層，涂層吸收光子而產(chǎn)生大量的熱，熔覆材料表層被加熱熔化。同時，熱量以熱傳導方式[33，39]進入熔覆層內(nèi)部，使固-液相界面不斷向內(nèi)推進，將熔覆層和基體表面熔融，而后冷卻結晶，最終涂層與基體形成冶金結合，以達到成型的目的。同步送粉法：則是邊熔覆邊由送粉系統(tǒng)將合金粉末送入熔覆區(qū)，激光將金屬粉末與基體表面同時熔化，而后冷卻結晶，與基體形成冶金結合。絲材激光熔覆法：是由送絲系統(tǒng)將絲材連續(xù)精確地送至熔覆區(qū)，激光束將金屬絲和基體材料熔化后形成熔池，而后冷卻結晶，與基體形成冶金結合。本試驗采用粉末預置法，進行激光增材制造。因此，除了選擇基體材料、合金粉末外，還需要選擇黏結劑。不同類型的黏結劑加熱后，會對激光增材制造結果造成不同的影響。水玻璃及硅酸鹽膠在加熱過程中極易膨脹，造成熔覆后合金層與基體脫離[33]，成型質量差。馬海波[40]研究后認為，水玻璃內(nèi)部含有結晶水，作為黏結劑使用時，受熱后極易產(chǎn)生氣孔。且水玻璃燃燒過程中產(chǎn)生大量煙霧狀氣體，對熔池造成干擾，并降低材料表面對光束的吸收率。而大多數(shù)有機物黏結劑，在燃燒和分解后會形成炭黑產(chǎn)物[33]，容易導致合金粉末濺出，并對激光產(chǎn)生屏蔽。雖然以硝化纖維素為基體的黏結劑可以避免這一問題，得到較好的試驗效果，但考慮到市場售賣的纖維素，大多含有Na元素，可能影響試驗結果。而2123酚醛樹脂作為熱塑性線性型酚醛樹脂[41，42]（圖2.2），內(nèi)部含有7～9%的烏洛托品?

第2章試驗材料與設備10－CH2－OHOH－CH2－OHn~~~~CH2－－CH2~~~~NNNN(C2H4)6N4圖2.2酚醛樹脂分子結構劉敬[43]研究了黏結劑濃度對成型質量造成的影響，他分析了聚乙烯醇-水黏結劑的熔覆效果。研究結果表明，黏結劑溶液濃度低于2%時，合金粉末會因粘結性的不足而被保護氣吹散；當溶液的濃度高于6%后，聚乙烯醇受熱分解的氣體不能及時溢出熔池，而使熔覆層內(nèi)部產(chǎn)生大量氣孔，嚴重時氣體將沖擊熔融液態(tài)金屬造成飛濺。參照上述研究結果，本試驗配備了酚醛樹脂-無水乙醇溶液作為黏結劑。使用前，先將樹脂粉末溶于無水乙醇中，制備成質量分數(shù)3%的酚醛樹脂-酒精溶液，在激光增材制造試驗過程中取得了良好的使用效果。2.2試驗設備2.2.1熔覆成型設備2.2.1.1激光發(fā)生器成型設備采用德國Trumpf公司生產(chǎn)的TruDisk8002型Nd:YAG碟片式激光器，如圖2.3。該激光器光纖直徑200μm，光束發(fā)散角8，最大輸出功率8000W。激光器工作時，Nd原子中的電子躍遷至亞穩(wěn)態(tài)4F3/2，而后分別向終態(tài)能級4I11/2、4I9/2、4I13/2躍遷[44]，分別輻射出中心波長為1.06μm、0.946μm和1.35μm的光譜帶，三者強度比為0.6:0.25:0.14。而1.06μm的譜線首先起振，對1.35μm光譜的起振產(chǎn)生抑制，從而使激光器最終輻射出波長為1.03μm的近紅外光譜。圖2.3TruDisk8002型Nd:YAG碟片式激光器

【參考文獻】：
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本文編號：3429090