CN110523986A - 一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于选区激光熔化成形大块体铁基块体非晶的方法，包括：（1）对所需大块体铁基非晶进行建模，切片分层处理，将数据导入激光扫描路径软件，调整扫描策略生产打印文件；（2）将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔，调整与基板的高度，在基板上预铺所述粉末，通入保护气体；（3）将打印文件导入选区激光熔化设备，设置激光打印参数使激光器扫描预铺粉末形成熔化层；（4）基板下降，在熔化层上铺置粉末，激光再次扫描铺设的粉末；（5）重复步骤（4），直到完成打印。采用棋盘格扫描策略，改变热量分布方向，利用非晶合金在过冷液相区的超塑性，激光重熔进一步降低残余应力，最终实现无裂纹大块体铁基非晶合金的制备。
Description
技术领域
本发明涉及块体非晶合金制备领域，具体的涉及一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法。
背景技术
块体非晶合金（Bulk metallic glasses, BMGs）是一种处于非平衡态的材料，与晶体材料不同，其原子的排布不具有周期对称性和旋转对称性。正是因为这种独特的微观结构，块体非晶合金具有许多优异的性能。块体非晶合金不仅具有极高的强度、高的弹性极限、耐磨性和抗腐烛性，而且还显示出优良的软磁性能、储氢能力、超导特性和低磁损耗以及独特的声学性能。块体非晶合金的这些优异性能使其在机械、通讯、航空航天、汽车工业、化学工业、运动器材乃至国防军事上具有巨大的应用潜力。其中铁基块体非晶合金（Fe-based bulk metallic glass, Fe-BMGs）由于其具有优异的物理化学性能以及低廉的成本，被认为是最具有应用前景的块体非晶合金体系之一。尽管Fe-BMGs的优异的性能使其作为结构材料的应用非常理想，但是由于非晶材料成形性较差以及自身的脆性，使得大多数Fe-BMGs在室温下几乎没有塑性和低韧性，极大地限制了其应用。
传统BMGs的制备通常采用熔融合金液铜模快淬的方法进行，BMGs的临界尺寸受到相应体系合金非晶形成能力（Glass forming ability，GFA）的严格限制，同时由于在BMGs的制备过程中需要较高的冷却速率以及相应体系熔融态合金液具有较高的粘稠度，使得通过铜模快淬难以完成复杂形状BMGs的制备。BMGs尺寸与形状的受限，很大程度上制约了此类材料的工程应用，因而通过采用新技术开展大尺寸与复杂形状BMGs的制备研究近年来成为许多科技工作者关注的焦点。
随着科技水平不断提高，制造技术也不断发展，3D打印技术逐渐被更多的人关注。激光选区熔化（Selective laser melting, SLM）是基于分层叠加制造思想，利用高能量激光束将金属粉末逐层熔化并成形为金属零件，集成了先进的激光技术、计算机辅助设计与制造（CAD／CAM）技术、计算机控制技术、真空技术、粉末冶金技术等。与传统的金属成形方法（高速切削、粉末压制、铸造、压力加工）相比，SLM打印技术制备的零件具有形状复杂、相对密度高等优点。SLM的原理是在计算机辅助设计（CAD）模式下，利用扫描激光束选择性地在粉末床上熔化金属粉末，并通过逐层沉积建立3D组件。由于在每次扫描中只有小体积的材料被熔化，并且在SLM工艺中快速冷却，因此冷却速度通常非常高（>104k/s），远远超过大多数BMG系统中玻璃形成的临界冷却速度（102~104k/s），从而允许形成非晶态结构。目前，SLM已被广泛用于制备块体非晶合金。但是由于非晶材料成形性较差以及自身的脆性，以及SLM过程中存在极大的温度梯度和热应力，从而导致SLM制备的块体非晶存在孔洞、裂纹等缺陷，如CN104117672A。随着科技进步及工程应用的极大需求，急需开发出高致密无裂纹的大块体非晶合金。
发明内容
为了解决现有技术问题，克服现有选区激光熔化成形大块体铁基非晶合金存在成形性难（宏观裂纹、气孔）、成形尺寸较小且形状单一等缺陷，本发明提供了一种基于选区激光熔化成形制备无裂纹大块体非晶合金的方法，基于选区激光熔化技术，优化加工工艺参数，通过采用棋盘格扫描策略，改变热量分布方向，部分降低残余应力，随后利用非晶合金在过冷液相区具有超塑性的特点，利用激光重熔策略进一步降低残余应力，最终可以实现无裂纹大块体铁基非晶合金的制备。
本发明的目的至少通过如下之一的技术方案实现。
一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法，包括如下步骤：
（1）首先中对所需大块体铁基非晶进行三维建模，并对模型进行切片分层处理，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，调整扫描策略并生产打印文件；
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，在基板上预铺一层铁基非晶粉末，并通入保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层。
（4）基板下降设定高度，在熔化层上重新铺置铁基非晶粉末，激光再次扫描铺设的粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
优选地，所述步骤（1）中，切片层厚度为20~30µm。
优选地，所述步骤（1）中，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，每层棋盘格扫描策略成形之后，均进行激光重熔，其中棋盘格宽度为：100~800µm，间距为80~100μm。
优选地，所述步骤（1）中，所述步骤（1）中，激光重熔策略参数与棋盘格扫描策略参数一致。
优选地，所述步骤（2）中，所述预铺的粉层厚度为20~30µm。
优选地，所述步骤（2）中，所述保护气体为高纯氩气或者氮气。
优选地，所述步骤（3）中，激光打印参数为：扫描速度300~900mm/s，激光功率为50~90W，搭接率为20~40%。
优选地，所述步骤（4）中，基板下降距离与重新铺置粉末厚度相同，且均为20~30µm。
针对块体铁基非晶合金成形性难、成形尺寸较小且形状单一等问题，基于选区激光熔化技术，优化加工工艺参数，通过采用棋盘格扫描策略，改变热量分布方向，部分降低残余应力，随后利用非晶合金在过冷液相区具有超塑性的特点，利用激光重熔策略进一步降低残余应力，最终可以实现无裂纹大块体铁基非晶合金的制备。在选区激光熔化成形块体非晶合金中，由成形过程中产生的极大的温度梯度引起的残余应力是影响块体非晶合金成形性的主要原因，降低成形过程中的残余应力有利于改善块体非晶合金的成形性，消除由应力集中导致的裂纹。利用棋盘格扫描策略可以有效地改变选区激光熔化成形过程中热量的分布方向，从而消除部分残余应力。而非晶合金因其在玻璃化转变温度以上晶化温度以下的区间内存在过冷液相区，通过激光重熔的方式将已成形的样品再次加热至过冷液相区，利用非晶合金在过冷液相区的塑性流动，进一步地消除残余应力。因此结合棋盘格扫描策略和激光重熔的方式可以实现大尺寸无裂纹铁基块体非晶合金的制备。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1、本发明基于选区激光熔化成形技术，通过调整激光扫描策略，优化加工工艺参数，可以实现全致密无裂纹大块体非晶合金的制备。
2、本发明方法能够保证选区激光熔化成形大块体非晶含量，性能优异。
3、本发明方法工艺简单、成本低廉、操作简便，可广泛应用于块体非晶合金的大规模制备。
附图说明
图1a和1b为实施例1中仅包括选区激光熔化和包括选区激光熔化与激光重熔成形铁基块体非晶合金样品SEM形貌图；
图2为实施例1中选区激光熔化成形铁基块体非晶合金样品XRD图；
图3为实施例1中选区激光熔化成形铁基块体非晶合金样品残余应力图；
图4a和4b为实施例2中仅包括选区激光熔化和包括选区激光熔化与激光重熔成形铁基块体非晶合金样品SEM形貌图；
图5a和5b为实施例3中仅包括选区激光熔化和包括选区激光熔化与激光重熔成形铁基块体非晶合金样品SEM形貌图；
图6a和6b为对比例中不同扫描间距时选区激光熔化成形铁基块体非晶合金样品SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但本发明并不局限于这些实施方式。
实施例1
本实施例提供一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法，包括如下步骤：
（1）首先对打印件进行三维建模，绘制10×10×10mm的块体，并对块体进行切片分层处理，切片厚度为20µm，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，每层棋盘格扫描策略成形之后，均进行激光重熔，其中棋盘格宽度为：100µm，间距为100μm，激光重熔策略参数与棋盘格扫描策略参数一致。
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，在基板上预铺一层20µm的铁基非晶粉末，并通入氩气保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数为：扫描速度900mm/s，激光功率90W，搭接率为30%，使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层；
（4）单层粉末打印完成之后，基板下降20µm，同时在熔化层上重新配置20µm厚度的粉末，再次用同样的激光参数打印粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
实施例２
本实施例提供一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法，包括如下步骤：
（1）首先对打印件进行三维建模，绘制10×10×10mm的块体，并对块体进行切片分层处理，切片厚度为30µm，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，每层棋盘格扫描策略成形之后，均进行激光重熔，其中，棋盘格宽度500µm，间距100µm，激光重熔策略参数与棋盘格扫描策略参数一致；
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，在基板上预铺一层30µm的铁基非晶粉末，并通入氩气保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数为：扫描速度300mm/s，激光功率50W，搭接率为30%，使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层；
（4）单层粉末打印完成之后，基板下降20µm，同时在熔化层上重新配置20µm厚度的粉末，再次用同样的激光参数打印粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
实施例3
本实施例提供一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法，包括如下步骤：
（1）首先中对打印件进行三维建模，绘制10×10×10mm的块体，并对块体进行切片分层处理，切片厚度为30µm，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，首先采用棋盘格扫描策略进行成形，每层棋盘格扫描策略成形之后，均进行激光重熔，棋盘格扫描策略参数为：棋盘格宽度800µm，间距80µm，激光重熔策略参数与棋盘格扫描策略参数一致；
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，在基板上预铺一层30µm的铁基非晶粉末，并通入氩气保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数为：扫描速度600mm/s，激光功率75W，搭接率为30%，使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层；
（4）单层粉末打印完成之后，基板下降30µm，同时在熔化层上重新配置30µm厚度的粉末，再次用同样的激光参数打印粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
对比例1
对比例1为采用S型正交扫描方式制备，包括如下步骤：
（1）首先在Materialise Magics 21软件中对打印件进行三维建模，绘制10×10×10mm的块体，并对块体进行切片分层处理，切片厚度为20µm，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，采用S型正交扫描策略；其中图6a的扫描间距是100µm，图6b的扫描间距是120µm；
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，且保证基板与刮刀的间隙小于10µm，在基板上预铺一层20µm的铁基非晶粉末，并通入氩气保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数为：扫描速度900mm/s，激光功率90W，搭接率为30%，使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层；
（4）单层粉末打印完成之后，基板下降20µm，同时在熔化层上重新配置20µm厚度的粉末，再次用同样的激光参数打印粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
采用扫描电子显微镜对实施例1、实施例2、实施例3中选区激光熔化成形的铁基块体非晶合金表面形貌进行观察（并没有进行激光重熔），所得结果如图1a、图4a、图5a所示，随着棋盘格长度的增加，样品表面逐渐从“鱼鳞状”转变为“格子状”，其中“鱼鳞状”和“格子状”的宽度均与棋盘格长度相匹配，可以观察到样品表面光滑致密，相邻熔道之间表现出良好的冶金结合，无明显的裂纹产生，而对比例1（见图6）中采用常用的S型扫描策略成形的样品表面比较粗糙，且存在大量贯穿性裂纹。随后对选区激光熔化成形后的铁基块体非晶合金样品进行激光重熔（包括选区激光熔化与激光重熔），所得样品表面形貌如图1b、图4b、图5b所示，经过激光重熔之后，样品表面形貌与直接选区激光熔化成形后的样品表面形貌基本一致，但经过激光重熔之后样品表面更加光滑致密；同时利用X射线衍射法对实施例1中选区激光成形样品进行相结构鉴定，所得结果如图2所示，通过与原始非晶合金粉末的XRD图谱对比，可以观察到经过棋盘格扫描之后以及激光重熔的样品的衍射峰形状与原始非晶粉末一致，均在43º峰左右均呈现一个宽的满散射峰，没有任何明显的晶化峰存在，证明经过上述两种扫描策略之后，选区激光成形的样品具有很高的非晶含量。随后采用sin2 ψ法对实施例1中选区激光熔化成形后的样品的残余应力进行表征，所得结果如图3所示，与对比例1中常用的S型扫描策略相比，经过棋盘格扫描策略结合激光重熔成形的样品残余应力明显降低，从572MPa降低至168Mpa，而且低于仅经过棋盘扫描的，所以经过棋盘格扫描和激光重熔，消除部分残余应力，消除由应力集中导致的裂纹，从而实现实现大尺寸无裂纹铁基块体非晶合金的制备。
上述实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种基于选区激光熔化成形大块体铁基非晶的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）首先对所需大块体铁基非晶进行三维建模，并对模型进行切片分层处理，将分层处理后的数据导入到激光扫描路径软件，调整扫描策略并生产打印文件；
（2）然后将铁基非晶粉末装入选区激光熔化设备的供粉腔中，将供粉腔与基板调至同一水平高度，在基板上预铺一层铁基非晶粉末，并通入保护气体；
（3）将打印文件导入选区激光熔化设备中，设置激光打印参数使激光器扫描预铺粉末形成平整的熔化层；
（4）基板下降设定高度，在熔化层上重新铺置铁基非晶粉末，激光再次扫描铺设的粉末；
（5）重复步骤（4），直到完成打印。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，切片层厚度为20~30µm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，扫描策略为：首先采用棋盘格扫描策略进行成形，每层棋盘格扫描策略成形之后，均进行激光重熔。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，棋盘格扫描中，棋盘格宽度为100~800µm，间距为80~100μm。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤（1）中，激光重熔策略参数与棋盘格扫描策略参数一致。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，预铺的铁基非晶粉末的厚度为20~30µm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述保护气体为高纯氩气或者氮气。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（3）中，激光打印参数为：扫描速度300~900mm/s，激光功率为50~90W，搭接率为20~40%。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（4）中，基板下降高度与重新铺置粉末厚度相同，均为20~30µm。
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Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111036905A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-21 | 同济大学 | 利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法 |
| CN112475316A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-12 | 上海云铸三维科技有限公司 | 一种复合强化的激光熔化扫描方法 |
| CN112605396A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 暨南大学 | 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基偏晶复合材料的方法 |
| CN113351884A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-09-07 | 天津大学 | 基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法 |
| CN113385689A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-14 | 广东工业大学 | 一种高熵合金及其制备方法和应用 |
| CN114289732A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-08 | 浙江大学高端装备研究院 | 一种通过激光重熔提高slm成形316l不锈钢抗空蚀性能的方法 |
| CN115255400A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-01 | 深圳市华阳新材料科技有限公司 | 一种非晶合金3d打印基台装置及3d打印方法 |
| CN115740501A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-07 | 南京中科神光科技有限公司 | 一种消除大幅面结构件成形裂纹的激光增材制造方法 |
| CN116079070A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-05-09 | 南京航空航天大学 | 一种优化原位重熔扫描策略slm成形高致密度合金的技术方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014041409A2 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | F. A. R. - Fonderie Acciaierie Roiale - Spa | Method for manufacturing steel casts |
| CN104117672A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 华中科技大学 | 一种制备/成形非晶合金及其复合材料的方法 |
| CN106891006A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-06-27 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种激光选区熔化tc4原位退火去残余应力方法 |
| CN107900341A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-13 | 天津工业大学 | 一种激光选区熔化成形大尺寸高性能偏晶合金的方法 |
| CN107900332A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-13 | 成都优材科技有限公司 | 牙科种植支架的3d打印方法 |
| CN109434118A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 华中科技大学 | 一种非晶增强金属基复合材料的制备与成形方法 |
| CN109434104A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-08 | 西安增材制造国家研究院有限公司 | 一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法 |
| CN109536857A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-03-29 | 深圳大学 | 一种Fe基非晶合金件及其制备方法 |
| CN109589980A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-09 | 华中科技大学 | 一种复合材料催化剂的制备方法、及其产品和应用 |
-
2019
- 2019-09-25 CN CN201910913479.0A patent/CN110523986A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014041409A2 (en) * | 2012-09-14 | 2014-03-20 | F. A. R. - Fonderie Acciaierie Roiale - Spa | Method for manufacturing steel casts |
| CN104117672A (zh) * | 2014-07-31 | 2014-10-29 | 华中科技大学 | 一种制备/成形非晶合金及其复合材料的方法 |
| CN106891006A (zh) * | 2017-04-18 | 2017-06-27 | 中国科学院重庆绿色智能技术研究院 | 一种激光选区熔化tc4原位退火去残余应力方法 |
| CN107900332A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-04-13 | 成都优材科技有限公司 | 牙科种植支架的3d打印方法 |
| CN107900341A (zh) * | 2017-12-18 | 2018-04-13 | 天津工业大学 | 一种激光选区熔化成形大尺寸高性能偏晶合金的方法 |
| CN109589980A (zh) * | 2018-10-29 | 2019-04-09 | 华中科技大学 | 一种复合材料催化剂的制备方法、及其产品和应用 |
| CN109434118A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-08 | 华中科技大学 | 一种非晶增强金属基复合材料的制备与成形方法 |
| CN109434104A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-03-08 | 西安增材制造国家研究院有限公司 | 一种用于金属激光选区熔化成形工艺的扫描方法 |
| CN109536857A (zh) * | 2018-12-04 | 2019-03-29 | 深圳大学 | 一种Fe基非晶合金件及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 吴伟辉等: "金属零件自动超轻结构化设计及激光增材制造", 《红外与激光工程》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111036905A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-04-21 | 同济大学 | 利用逐层多次激光重熔提高致密度并避免孔洞缺陷的方法 |
| CN112475316A (zh) * | 2020-11-05 | 2021-03-12 | 上海云铸三维科技有限公司 | 一种复合强化的激光熔化扫描方法 |
| CN112605396A (zh) * | 2020-12-09 | 2021-04-06 | 暨南大学 | 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基偏晶复合材料的方法 |
| CN112605396B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-07-12 | 暨南大学 | 一种激光选区熔化成形铁基非晶增强铜基偏晶复合材料的方法 |
| CN113385689A (zh) * | 2021-06-03 | 2021-09-14 | 广东工业大学 | 一种高熵合金及其制备方法和应用 |
| CN113351884A (zh) * | 2021-08-11 | 2021-09-07 | 天津大学 | 基于激光增材制造技术连接CuCrZr/W异种互不固溶合金的方法 |
| CN114289732A (zh) * | 2021-12-22 | 2022-04-08 | 浙江大学高端装备研究院 | 一种通过激光重熔提高slm成形316l不锈钢抗空蚀性能的方法 |
| CN115255400A (zh) * | 2022-07-29 | 2022-11-01 | 深圳市华阳新材料科技有限公司 | 一种非晶合金3d打印基台装置及3d打印方法 |
| CN116079070A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-05-09 | 南京航空航天大学 | 一种优化原位重熔扫描策略slm成形高致密度合金的技术方法 |
| CN115740501A (zh) * | 2022-12-14 | 2023-03-07 | 南京中科神光科技有限公司 | 一种消除大幅面结构件成形裂纹的激光增材制造方法 |
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