激光粉末床聚变:技术、材料、性能和缺陷以及数值模拟的最新综述(4)( 五 )
通常 , 成球现象是由于熔融金属的飞溅和熔融金属的润湿性差 。 文献还指出 , 熔池有两个不同的部分 。 上部为熔融液相中的粉末 , 下部为熔融基体或基材 。 空气-液体或上部的气液界面促进了球体的形成 , 下部试图限制上部的倾向(图33 , 图34) 。 如果上部的数量在熔池中的熔融基材部分越来越少 , 则可以消除上部导致成球的倾向 。 因此 , 提供高能量密度可在熔池中产生更多熔融基材 , 并可减少成球 。 此外 , 高能量密度可导致高温 , 降低液相粘度 。 这将增加液相的流动性和润湿性 , 进一步减少成球 。 但是 , 如果能量密度太高 , 则会导致变形和成球 。 这是因为产生了残余应力 。 过量的能量也会导致金属的蒸发 。 由于能量过大 , 气相突然引入 , 在熔池中产生非常大的反冲压力 , 导致金属以射流形式逸出 。 这种射流被分解成微小的液滴 , 从而导致成球 。 此外 , 熔池附近的未熔化粉末飞溅开 。
图33 熔融基质较少而熔融基质金属较多的成球现象 。
图34 LPBF中的液滴飞溅导致成球 。
在图35中可以看到大量微米级的球形球体和飞溅物 。 它显示了在LPBF期间Mg-9%Al粉末出现的成球缺陷 。 当使用非常高的扫描速度时 , 激光能量密度突然下降 , 导致不稳定的熔池形成 。 这种不稳定的熔池具有毛细管不稳定性 , 这降低了小尺度下熔融相的表面能 , 并减少了小尺寸液滴从液体表面的飞溅 。 此外 , 由于形成不连续的熔体轨迹 , 成球导致表面粗糙 。 解决球化现象的一种方法是通过降低扫描速度或增加激光功率来减少熔池的不稳定性 。 增加接触面积/宽度或减小长宽比可以稳定熔池 。
图35 工艺参数选择不当导致的成球效应 。
来源:Laser Powder Bed Fusion: A State-of-the-Art Review of the Technology Materials Properties & Defects and Numerical Modelling Journal of Materials Research and Technology doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.07.121
来源:Beese A. Wilson-Heid A. De W. Zhang Additive manufacturing of metallic components – Process structure and properties Progress in Materials Science 92 (2018) pp. 112-224 10.1016/j.pmatsci.2017.10.001
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