【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及选区激光熔化增材制造过程中缺陷的控制领域，具体为一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法。
技术介绍
1、为了满足高性能高精度复杂金属零件快速制造的需求，在选择性激光烧结的基础上发展了选区激光熔化(slm)技术。基于“分层制造、逐层叠加”的思想，slm技术综合运用了数控技术、激光技术、计算机技术、粉末冶金技术等许多领域的先进技术，利用单一金属或多种金属粉末直接成形致密度高、尺寸精度高和表面粗糙度好的复杂结构金属零件，因此获得了广泛应用。slm技术因为可以直接打印金属零部件，在制造业中的优势独树一帜，特别是航空航天、军工、汽车制造及模具加工方面。由此，引起了国内外学术界和制造界的广泛关注。
2、在slm成形过程中，激光束停留在金属粉末颗粒上的时间只有0.5～2.0ms，粉末颗粒在极短的辐射作用下经历了加热、熔化、凝固、冷却这一系列的过程，容易产生金属粉末未完全熔化、球化、孔隙等现象。球化是在slm成形过程中因熔体润湿不良或液滴飞溅形成的金属颗粒现象。根据最小表面能原则，在表面张力作用下，液体总是有缩小其表面积的趋势，所以这些金属颗粒通常以球形存在。在slm成形过程中的球化现象会使金属粉末熔化后在基板或者前一成形层上形成一些彼此不连续的金属球，导致表面粗糙，影响下一层铺粉的均匀性并形成大量孔隙，不利于金属层与层之间的连接，导致成形零件表面粗糙且不连续、内部出现孔隙等缺陷，严重时可能会造成成形失败，且损坏刮刀，缩短设备使用寿命。
3、球化可以按照金属颗粒的大小分为大尺寸球化和小尺寸球化。大尺寸球
4、目前，针对选区激光熔化过程中产生的大尺寸球化现象，有效的处理方法有优化工艺参数、基板预热、重熔和改善粉末状态等。随着扫描速度和激光功率的调整，提高了线能量密度，熔池中产生更多的液相，固液界面间润湿性得到了提高，球化现象被明显抑制。基板预热可以使材料与基板之间的润湿性良好，提高液态金属的流动性并保持熔道连续，抑制球化现象的产生。重熔是对已经成形的凝固层进行二次扫描，将表层因为球化现象产生的金属球重新熔，提高了表面质量，但增加了成形时间。粉体形状、氧含量等粉体特性对球化现象也有明显影响，这是因为形状不规则的粉末的密度会比球形粉末低，在打印过程中需要有更高的实际粉层厚度，不利于熔池的均匀铺展。而高氧含量粉末在slm过程中易形成氧化物，氧化物与液相金属润湿性差，表面张力大，会促进球化现象的出现。对于小尺寸球化，优化工艺参数可以降低熔池温度，减少熔池内部气体的产生，但激光对熔池的冲击作用无法避免，因此，难以完全消除。
5、本专利技术提出一种通过在惰性气氛中加入一定量的还原性气体氢气，利用氢的还原作用抑制熔池表面和熔化的金属粉末表面氧化膜的形成，减小液态金属的表面张力，使熔化的液态金属能很好地润湿铺展，进而减小发生球化现象的概率。该方法比较于基板预热、重熔等方法具有无需辅助设备、工艺简单等特点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，能够减少金属材料选区激光熔化增材成形制造过程中材料表面球化现象的概率，消除成形零件内部的孔隙，提高成形质量。
2、本专利技术采用的技术方案如下：一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，基于在惰性气氛中加入一定量的还原性气体氢气实现，具体步骤为：
3、第一步，数模准备及打印前准备；确定好零件选区激光熔化增材成形摆放位置和角度，将建模好的零件三维模型通过软件进行切片和成形路径规划，并选定激光功率、扫描速度和激光扫描；
4、第二步，基板和粉末准备；将基板和粉末在实验前进行烘干处理，冷却后按照设备要求装入成形舱室，并设置铺粉层厚；将金属粉末装入备用粉池；
5、第三步，混合保护气体准备；将高纯氢气和高纯氩气按照一定比例混合后接入选区激光熔化增材成形设备，并设定好气体流量和接入压力；
6、第四步，零件的选区激光熔化增材成形；按照正常的选区激光熔化设备操作步骤完成零件的增材成形；期间惰性气氛保护气体分阶段选用高纯氩气、高纯氩气和高纯氢气的混合气体、高纯氩气；成形结束后待成形零件与基板冷却，取出成形零件。
7、进一步的，所用的惰性气氛分阶段改变成分，具体为：在零件的增材成形开始前为高纯氩气，在零件的增材成形开始后改用高纯氩气和高纯氢气的混合气体，零件的增材成形结束的冷却阶段改用高纯氩气。
8、进一步的，所通入的惰性气氛保护气体为氢气占比10％～20％的高纯氩气和高纯氢气的混合气体；其中所用高纯氩气的纯度为99.99％，所用高纯氢气的纯度为99.99％。
9、本专利技术的有益效果：本专利技术减少金属材料选区激光熔化增材制造过程中表面发生的球化现象，减少了零件成形表面粗糙且不连续、内部出现孔隙等缺陷，提高了成形零件的致密度和力学性能。本专利技术与现有处理方法没有冲突，可以一起使用，可进一步减少球化现象的发生，提高成形零件的致密度和力学性能。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，其特征在于：基于在惰性气氛中加入一定量的还原性气体氢气实现，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，其特征在于：所用的惰性气氛分阶段改变成分，具体为：在零件的增材成形开始前为高纯氩气，在零件的增材成形开始后改用高纯氩气和高纯氢气的混合气体，零件的增材成形结束的冷却阶段改用高纯氩气。
3.根据权利要求2所述的一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，其特征在于：所通入的惰性气氛保护气体为氢气占比10％～20％的高纯氩气和高纯氢气的混合气体；其中所用高纯氩气的纯度为99.99％，所用高纯氢气的纯度为99.99％。
【技术特征摘要】
1.一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，其特征在于：基于在惰性气氛中加入一定量的还原性气体氢气实现，具体步骤为：
2.根据权利要求1所述的一种减少选区激光熔化金属表面球化缺陷的方法，其特征在于：所用的惰性气氛分阶段改变成分，具体为：在零件的增材成形开始前为高纯氩气，在零件的增材成形开始后改用高纯...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘奋成，黄佳伟，刘丰刚，王俊，尤启凡，余小斌，王联波，胡万谦，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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