研究了慢速高电荷氙离子的动能和中和能沉积对金纳米层表面纳米结构形成过程的影响。通过在晶体硅 Si(100) 基底上电子束蒸发金来制备厚度为 100 nm 的纳米层。样品在 Jan Kochanowski 大学(波兰凯尔采)的凯尔采 EBIS 设施中在高真空条件下进行辐照。辐照条件为恒定动能 280 keV 和不同的离子电荷态(Xe q +,q = 25、30、35、36 和 40),以及恒定电荷态 Xe 35 + 和不同的动能:280 keV、360 keV、420 keV 和 480 keV。离子通量为 10 10 离子/cm 2 的水平。在辐射之前和之后,使用原子力显微镜研究了纳米层表面。结果观察到了纳米层表面以陨石坑形式出现的明显变化。对陨石坑尺寸(表面直径和深度)的系统分析使我们能够确定沉积动能和中和能对获得的纳米结构尺寸的影响。基于离子里德堡态布居的量子双态矢量模型,在微阶梯模型中对结果进行了理论解释。固体内部电荷相关的离子-原子相互作用势用于计算核阻止本领。根据该模型,纳米结构的形成受表面前方离子中和过程和固体内部动能损失的控制。这两种过程在表面结构形成过程中的相互作用用临界速度来描述。利用所提出的理论模型计算了中和能、沉积动能和临界速度,并与实验结果进行了定性比较。结果与先前对单电离氙和结晶金表面的实验数据和分子动力学模拟结果一致(归一化后)。
基于激光的直接能量沉积(L-DED)用吹粉末可以同时或连续处理一个组件中不同粉末材料,因此提供了添加剂多材料制造的可能性。因此,该过程允许在空间解析的材料分配和制造锋利甚至分级的材料过渡。在这一贡献中,应提出来自多材料L-DED的两个主要研究领域的最新结果 - (i)自动化和(ii)由原位合成的高熵合金(HEAS)快速合金开发 - 应提出。首先,开发了自动化的多物质沉积过程,该过程可以自动制造三维标本。为此,进行了关于粉末喂养动力学和过程区域中产生的粉末混合物的沉积系统的表征。获得的系统特性用于实现指定粉末混合物的三维沉积。通过能量分散性X射线光谱,扫描电子显微镜和微硬度测量通过能量X射线镜头进行分析。这项研究表明,L-DED的准备时间不断增加,以制造多层质量成分。第二,提出了DED快速合金开发的最新结果。通过同时使用多达四个粉末喂食器,研究了AL - Ti - Co - CR - CR - FE - FE - Ni Hea系统中的各种合金组成。为此,有益地使用了量身定制的测量系统,例如内部开发的粉末传感器。该研究显示了AL对相形成和产生的机械性能的影响,并证明了L-DED在减少新合金开发时间的潜力。
Inconel 718 的定向能量沉积 (DED) 对于航空航天部件的修复至关重要,因为这些部件的认证公差很严格,特别是机械性能。在 DED 制造的 Inconel 718 部件中,硬度变化很大,这表明机械性能发生了变化,必须了解这些变化,以便消除这种变化或根据监管指导在设计中实施。在这项研究中,γ ʹ 析出被认为是整个部件硬度变化的原因,尽管 Inconel 718 传统上被视为 γ ʺ 强化合金。发现基于移动热源的简单析出电位模型与测得的硬度相关,并解释观察到的硬度分布。此外,研究表明,临界厚度小于 2 mm 的截面在竣工条件下永远不会达到峰值硬度。这种理解有助于开发用于微观结构的原位热处理策略,从而优化机械性能,这对于后处理步骤有限的修复技术是必要的。
定向能量沉积 Geovana Eloizi Ribeiro Vincent Edward Wong Diaz Willian Roberto Valicelli Sanitá Alessandro Rodrigues 圣保罗大学圣卡洛斯工程学院机械工程系 电子邮件: vwong.ufs@gmail.com 、geovana_rib@usp.br 、willian.r.sanita@usp.br 、roger@sc.usp.br、Reginaldo Coelho Teixeira 圣保罗大学圣卡洛斯工程学院生产工程系 rtcoelho@sc.usp.br 摘要:金属增材制造已经成为一种技术,能够以“近净成形”形式生产复杂金属零件、进行修复和使用梯度材料创建零件,从而能够制造高附加值和低产量的零件。激光和粉末定向能量沉积 (LP-DED) 是增材制造工艺的一种,通过集中的热能使金属粉末熔化。这些应用对航空航天、汽车和医疗等不同领域都具有吸引力。在医疗领域,其应用主要集中在制造植入物、假肢、仪器和医疗器械。在假肢和植入物的制造中,Ti6Al4V 钛合金因其高机械强度、高耐腐蚀性、低密度以及良好的生物相容性而脱颖而出。文献挑战之一反映了 LP-DED 工艺赋予打印部件的粗糙度,这会影响假肢和植入物的骨整合,与其恢复时间和成功率有关。本文评估了使用两种粉末从 LP-DED 工艺获得的 Ti6Al4V 部件的粗糙度。第一种是通过气体雾化生产的,第二种是通过先进的等离子雾化生产的。随后,在纯 Ti 基体上用 LP-DED 制造了八个样品。激光功率是另一个输入变量,范围从 300 W 到 345,增量为 15W。用去离子水和丙酮用超声波振动清洁样品。然后,我们使用共聚焦显微镜评估样品的粗糙度。所用粉末的粉末形貌表明,气雾化产生的粉末呈现非高斯分布,有薄片、孔隙和卫星。与气雾化粉末相比,先进等离子雾化产生的粉末呈现高斯分布,孔隙数量更少,卫星和薄片的存在也更少。关键词:定向能量沉积;粗糙度;Ti6Al4V,增材制造。1. 介绍
摘要:本研究采用激光定向能量沉积在 TiNi 形状记忆合金基体上构建富 Ti 三元 Ti-Ni-Cu 形状记忆合金,实现多功能双金属形状记忆合金结构的连接。采用经济高效的 Ti、Ni 和 Cu 元素粉末混合物作为原材料。采用各种材料表征方法来揭示两部分不同的材料特性。制备的 Ti-Ni-Cu 合金微观结构以 TiNi 相为基体,Ti 2 Ni 二次沉淀物。硬度没有显示出高值,表明主相不是硬质金属间化合物。通过拉伸试验获得了 569.1 MPa 的结合强度,数字图像相关揭示了两个部分不同的拉伸响应。使用差示扫描量热法测量相变温度。测得 Ti-Ni-Cu 合金截面的奥氏体终轧温度高于 80 ◦ C。对于 TiNi 基体,经测试,奥氏体终轧温度在底部接近 47 ◦ C,在上部基体区域约为 22 ◦ C,这是由于重复的激光扫描对基体起到了退火作用。最后,对两个形状记忆合金侧面的多重形状记忆效应进行了测试和识别。
CuAl8 合金可用于工业部件,这些部件需要良好的防腐和耐磨性能。该合金具有中等强度和良好的韧性,室温下的断裂伸长率约为 40%。此外,它还具有良好的电导率,尽管低于纯铝或纯铜。尽管具有这些特性,但尚未报道过 CuAl8 合金的增材制造。在这项工作中,使用带和不带原位热锻的直接能量沉积电弧 (DED-arc) 来确定微观结构演变和机械性能。生产的零件上没有发现内部缺陷。热锻与 DED-arc 相结合可减小和均质化晶粒尺寸,提高机械强度和机械性能的各向同性。此外,使用这种新型 DED-arc 变体可降低整个制造部件的残余应力大小。我们强调,这种合金可以通过DED电弧进行加工,并且伴随材料沉积的热锻操作对微观结构细化和均质化具有有益的影响。
增材制造 (AM) 的发展日新月异,取代了传统的制造方法。此外,人工智能和机器学习的应用也不断增加,以进一步应用和发展。本综述广泛跟踪了定向能量沉积 (DED) 工艺的所有研究工作和当代进展迹象。还详细分析了该工艺中使用的所有类型的 DED 系统、进料、能源和保护气体。已经严格审查了在 DED 工艺中实施人工智能 (AI) 以减少工艺对人的依赖并控制复杂方面的方法。各种 AI 技术(如神经网络、梯度增强决策树、支持向量机和高斯过程技术)都可以实现预期目标。在 DED 工艺中实施的这些模型已经过训练,可用于高精度产品和卓越质量监控。
摘要:高熵合金 (HEA) 由 5–35 at% 的五种或更多种元素组成,具有高配置熵,不形成金属间化合物,具有单相面心立方结构或体心立方结构。特别是,耐火高熵合金 (RHEA) 基于在高温下具有优异机械性能的耐火材料,在室温下具有高强度和硬度,在低温和高温下具有优异的机械性能。在本研究中,使用直接能量沉积 (DED) 沉积了 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al RHEA。在 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al 的微观结构中,σ、BCC A2 和 Ti2Ni 相似乎与相图中预测的 BCC A2、BCC B2 和 Laves 相不同。该微观结构类似于铸造的 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al 的微观结构,并具有构造的细晶粒尺寸。发现这些微观组织的生长是由于 DED 工艺,该工艺具有快速凝固速度。细小的晶粒尺寸导致高硬度,测量的 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al 显微硬度约为 900 HV。此外,为了分析由耐火材料组成的 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al 的热性能,通过预热试验分析了热影响区 (HAZ)。由于 Ti-Nb-Cr-V-Ni-Al 的热扩散率高,HAZ 减小了。
摘要:热冲压工具需要冷却通道,最好具有较高的定位灵活性。传统上,这些冷却通道是机加工的。由于铣刀的可达性有限且灵活性低,因此这是一个缺点。通过定向能量沉积 (DED) 工艺,可以灵活地设计冷却通道。DED 可以制造不同几何形状的冷却通道,以控制热冲压工具中的热平衡。在这种情况下,添加剂可生产性和冷却通道的表面分数之间的一致性很重要,这有助于工具表面的有效热量。实验和数值分析表明,该领域的一种可能配置是水滴形冷却通道。为了降低 DED 工艺后的表面粗糙度,随后对工具表面进行球面抛光。由此产生的工具表面的粗糙度和波纹度会降低,但不会完全平整。表面纹理化可以应用于影响由 DED 实施的热冲压工艺中的材料流动。所述方法的组合允许制造具有近表面冷却通道的热冲压工具以及工具表面特性的整体或局部调整。
摘要:由于其良好的材料特性(例如耐腐蚀、耐磨、生物相容性),聚酰胺 12(PA12)等热塑性材料因可用作金属部件上的功能涂层而备受关注。为确保涂层的空间分辨力并缩短工艺链,通过激光束(DED-LB/P)进行聚合物粉末的定向能量沉积是一种很有前途的方法。由于特征吸收带,在 DED-LB/P 装置中使用波长为 1.94 µ m 的铥光纤激光器进行研究,以在无需添加任何吸收添加剂的情况下在不锈钢基材上生成 PA12 涂层。通过红外热成像分析了能量密度和粉末质量流量的影响。此外,还通过差示扫描量热法、激光扫描显微镜、光学显微镜和交叉切割测试对涂层进行了表征。本研究结果首次证明了使用铥光纤激光器实现无吸收体 DED-LB/P 工艺的基本可行性。可实现孔隙率低、附着力好的 PA12 涂层。根据特定应用的要求,必须在 PA12 涂层的密度和表面质量之间进行权衡。使用红外热成像技术适用于现场检测因能量输入过多而导致的工艺不稳定性。