本文關(guān)鍵詞：基于SLS覆膜鋯砂砂型的鈦合金快速鑄造工藝研究

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【摘要】：采用激光選區(qū)燒結(jié)(Selective Laser Sintering,SLS)技術(shù)直接成形砂型砂芯,具有響應(yīng)速度快、制造周期短、靈活性高、穩(wěn)定性好、砂型與砂芯一體化制造及可制造出任意復(fù)雜形狀等優(yōu)點(diǎn),對提升大型復(fù)雜鑄件的快速試制和制造水平有明顯的促進(jìn)作用,在航空航天及汽車等領(lǐng)域解決一些關(guān)鍵鑄件的生產(chǎn)展現(xiàn)出巨大潛力。目前,國內(nèi)外SLS成形砂型(芯)已實(shí)際應(yīng)用于鑄鋁、鑄鋼及鑄鐵等材質(zhì)的零件生產(chǎn),而熔融鈦因具有很高的化學(xué)活性,鑄造成形時(shí)極易與常規(guī)鑄型材料發(fā)生界面反應(yīng),導(dǎo)致鈦鑄件表面產(chǎn)生較厚的氧化層、黏砂、表面夾雜及氣孔等一系列的鑄造缺陷,限制了SLS覆膜砂型(芯)在鈦合金鑄造中的應(yīng)用。因此,研究適合于鈦合金鑄造的SLS用的砂型材料和制備工藝,對于推廣SLS快速成形技術(shù)在鈦合金鑄造領(lǐng)域的應(yīng)用有著重要作用。本文結(jié)合SLS成形和鈦合金鑄造的特點(diǎn),選用高溫穩(wěn)定性、導(dǎo)熱性好的鋯砂為原砂材料,氧化釔(Y2O3)、酚醛樹脂及釔溶膠分別為填充材料和粘結(jié)劑;在鋯砂熱、冷覆膜試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,著重進(jìn)行了覆膜鋯砂的激光燒結(jié)成形、后固化及釔溶膠浸滲、Y2O3噴涂及焙燒處理研究。其中,重點(diǎn)研究了激光功率、單層掃描面積和Y2O3添加量等對覆膜鋯砂激光燒結(jié)件初強(qiáng)度的影響規(guī)律及其作用機(jī)制,并進(jìn)一步探討了焙燒溫度對SLS鋯砂砂型的拉伸強(qiáng)度、發(fā)氣量的影響;另外,還進(jìn)行了純鈦的SLS鋯砂砂型澆鑄實(shí)驗(yàn),初步探討了SLS鋯砂砂型表面與鈦鑄件的界面反應(yīng)機(jī)理。其主要研究結(jié)果如下:在相同酚醛樹脂含量的條件下,鋯砂的熱法覆膜強(qiáng)度明顯高于冷法,而且熱法覆膜的覆膜鋯砂中添加的Y2O3粉末分散更趨均勻;而覆膜鋯砂的激光燒結(jié)成形發(fā)現(xiàn),單層掃描面積對鋯砂燒結(jié)件的力學(xué)性能有顯著影響,隨單層掃描面積的增加,鋯砂激光燒結(jié)件的初強(qiáng)度大幅降低,嚴(yán)重影響了鋯砂砂型的激光燒結(jié)成形。2wt%樹脂含量的覆膜鋯砂的合理激光燒結(jié)成形工藝參數(shù)為:掃描間距0.15mm,預(yù)熱溫度55℃,鋪粉層厚0.2mm,激光功率35W,掃描速度2000mm/s;在單層掃描面積57cm2,其鋯砂激光燒結(jié)件初強(qiáng)度為0.27MPa,170℃固化處理的拉伸強(qiáng)度達(dá)到2.14MPa,且鋯砂砂型輪廓清晰,表面光滑平整。覆膜鋯砂中Y2O3添加量≤0.5wt%,對鋯砂的SLS成形影響小;但隨著Y2O3粉添加量的持續(xù)遞增,SLS覆膜鋯砂的初強(qiáng)度迅速下降;其中,Y2O3添加量1.5wt%時(shí),SLS覆膜鋯砂的初強(qiáng)度為0.15MPa,經(jīng)170℃固化后,其抗拉強(qiáng)度達(dá)到1.67MPa,分別為未添加Y2O3覆膜鋯砂的55.5%、78.2%。SLS鋯砂砂型的釔溶膠浸滲實(shí)驗(yàn)表明,釔溶膠已浸入SLS鋯砂砂型內(nèi)部約2-3mm,并在鋯砂砂型表面形成了光滑膠凝薄膜,強(qiáng)化了鋯砂砂型表面強(qiáng)度;在Y2O3涂料粉液比為0.667時(shí),SLS鋯砂砂型砂芯表面的Y2O3涂層失水膠凝后,涂層表面光滑、無開裂等現(xiàn)象,層厚均勻,且Y2O3涂層與鋯砂砂型結(jié)合良好。焙燒溫度對SLS鋯砂砂型的強(qiáng)度影響較小,隨著焙燒溫度的升高,SLS鋯砂砂型的抗拉強(qiáng)度緩慢下降;而對浸滲有釔溶膠的SLS鋯砂砂型的發(fā)氣量有明顯的影響,隨焙燒溫度的提高,其發(fā)氣量迅速減小;在焙燒溫度250℃時(shí),浸滲有釔溶膠的SLS鋯砂砂型抗拉強(qiáng)度為2.01MPa,發(fā)氣量5.21ml/g,SLS鋯砂砂型的綜合性能表現(xiàn)最好。采用SLS鋯砂砂型(芯)澆鑄的純鈦鑄件輪廓清晰、表面光亮,沒有發(fā)現(xiàn)明顯的鑄造缺陷,砂型中的Y2O3有效阻隔了熔融Ti與鋯砂顆粒的接觸,避免了鋯砂中Si、Zr和O元素的擴(kuò)散遷移,減小了界面反應(yīng)程度;同時(shí),SEM+EDS分析也表明,SLS鋯砂砂型與鈦鑄件界面反應(yīng)厚度僅約3μm,鑄件表面氧化層產(chǎn)物為TinO2n-1和TiO2,O擴(kuò)散富集固溶層厚度約1μm,且在擴(kuò)散富集層中沒有發(fā)現(xiàn)Y和Zr元素;相比采用Y2O3作為耐火材料的熔模鑄造界面反應(yīng)層厚度大幅減小。
【關(guān)鍵詞】：選區(qū)激光燒結(jié)(SLS) 覆膜鋯砂 氧化釔(Y2O3) 釔溶膠 熔融Ti 界面反應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG292
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-24
• 1.1 課題研究背景10-11
• 1.2 鈦合金鑄造國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-19
• 1.2.1 鈦合金鑄件的應(yīng)用現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 鈦合金鑄造特點(diǎn)及鑄型12-15
• 1.2.3 鈦合金鑄型面層材料研究現(xiàn)狀15-16
• 1.2.4 氧化釔(Y_2O_3)在鈦合金鑄造中的應(yīng)用16
• 1.2.5 鈦合金鑄型粘結(jié)劑的選擇16-17
• 1.2.6 鈦鑄件與鑄型的界面反應(yīng)研究現(xiàn)狀17-19
• 1.3 覆膜砂激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）快速成形技術(shù)研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3.1 SLS快速成形技術(shù)概述及原理19-20
• 1.3.2 覆膜砂SLS快速成形技術(shù)研究現(xiàn)狀20-22
• 1.4 研究目的、意義及主要內(nèi)容22-24
• 第二章 實(shí)驗(yàn)材料、設(shè)備與實(shí)驗(yàn)方案24-35
• 2.1 實(shí)驗(yàn)材料24-25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)條件及測試儀器25-26
• 2.3 實(shí)驗(yàn)方案26-35
• 2.3.1 覆膜鋯砂的制備27-29
• 2.3.2 覆膜鋯砂的激光選區(qū)燒結(jié)實(shí)驗(yàn)29-30
• 2.3.3 添加氧化釔的覆膜鋯砂激光選區(qū)燒結(jié)實(shí)驗(yàn)30
• 2.3.4 SLS鋯砂砂型浸滲釔溶膠實(shí)驗(yàn)30-31
• 2.3.5 涂層的制備31
• 2.3.6 SLS砂型焙燒工藝研究31-32
• 2.3.7 純鈦澆注實(shí)驗(yàn)32-33
• 2.3.8 實(shí)驗(yàn)方案總體構(gòu)思流程圖33
• 2.3.9 測試與表征33-35
• 第三章 覆膜鋯砂的制備及SLS成形工藝研究35-48
• 3.1 覆膜鋯砂不同制備方法導(dǎo)致的性能差異及分析35-40
• 3.1.1 SLS成形抗拉強(qiáng)度的差異及分析35-36
• 3.1.2 固化后的性能差異及分析36-38
• 3.1.3 發(fā)氣量的差異及分析38-39
• 3.1.4 覆膜鋯砂砂型斷.微觀形貌與分析39-40
• 3.2 激光選區(qū)燒結(jié)（SLS）工藝研究40-44
• 3.2.1 激光功率大小對覆膜鋯砂型質(zhì)量的影響與分析41-42
• 3.2.2 激光選區(qū)燒結(jié)面積對抗拉強(qiáng)度的影響及分析42-44
• 3.3 添加Y_2O_3粉的覆膜鋯砂其SLS成形工藝44-45
• 3.4 SLS成形制備覆膜鋯砂砂型砂芯45-46
• 3.5 本章小結(jié)46-48
• 第四章 SLS覆膜鋯砂后處理工藝研究48-55
• 4.1 SLS砂型型腔表面浸滲工藝研究48-50
• 4.2 SLS砂型型腔表面噴涂工藝研究50-52
• 4.3 SLS砂型焙燒工藝研究52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 第五章 SLS鋯砂砂型與鈦鑄件的界面反應(yīng)研究55-64
• 5.1 SLS鋯砂砂型鈦鑄件表面生成物分析55-58
• 5.2 SLS鋯砂砂型鈦鑄件的界面反應(yīng)厚度58-62
• 5.3 SLS鋯砂砂型鈦鑄件界面反應(yīng)機(jī)理62-63
• 5.4 本章小結(jié)63-64
• 第六章 結(jié)論與展望64-67
• 6.1 結(jié)論64-65
• 6.2 展望65-67
• 參考文獻(xiàn)67-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表論文和參與科研項(xiàng)目70-71
• 致謝71-72

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 В.Γ.Задорожный;И.Ф.Кашкаров;柒廣坤;;鈦-鋯砂礦工業(yè)運(yùn)用礦砂浮選[J];國外金屬礦選礦;1966年03期

2 E.Burden ,佟銘鐸;鋯砂型離心鑄造[J];特種鑄造及有色合金;1985年05期

3 劉成全;鑄鋼用鋯砂涂模劑中放射性測試與分析[J];工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病;2000年05期

4 熊炳昆;;硅酸鋯行業(yè)發(fā)展與鋯砂消費(fèi)[J];陶瓷;2010年06期

5 ;鋯砂的利用[J];上海機(jī)械;1962年06期

6 ;用鋯砂磷酸鹽泥漿熱補(bǔ)玻璃熔窯的上部結(jié)構(gòu)[J];玻璃;1974年03期

7 張熊棟,蘇國強(qiáng);海濱鈦鋯砂礦資源的船采技術(shù)[J];長沙礦山研究院季刊;1992年S1期

8 黃淑梅;2005年世界鋯砂供需缺口將超過10.9萬t[J];稀有金屬快報(bào);2003年07期

9 熊炳昆;;我國鋯砂生產(chǎn)貿(mào)易點(diǎn)評[J];稀有金屬快報(bào);2007年01期

10 郝斌;鋯砂需求動(dòng)向及2005年需求預(yù)測[J];稀有金屬快報(bào);2005年01期

中國重要報(bào)紙全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 文言;加快開發(fā)應(yīng)用我國鋯鉿資源[N];中國有色金屬報(bào);2008年

2 小齊;提升自主創(chuàng)新 加快產(chǎn)業(yè)升級[N];中國有色金屬報(bào);2008年

3 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)鈦鋯鉿分會(huì)鋯資源循環(huán)利用專業(yè)委員會(huì)主任 馮會(huì)壯;廢料綜合回收：鋯行業(yè)發(fā)展的新途徑[N];中國有色金屬報(bào);2012年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 趙開發(fā);基于SLS覆膜鋯砂砂型的鈦合金快速鑄造工藝研究[D];南昌航空大學(xué);2015年

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本文編號：969765