3.3.熔池动力学对孔隙破裂的作用
在原始粉末研究中 ， 在本研究中使用的加工条件下 ， 孔隙破裂不明显 。 然而 ， Leung等证明 ， 孔破裂在凝固过程中通过孔聚结和孔迁移发生 。
在氧化粉末研究中 ， 我们揭示了第二层熔体轨迹的LAM过程中的不同破孔机制 ， 如图6所示 。 激光束形成小孔 ， 穿透第二粉末层并重新熔化第一层熔体轨迹的顶面（图6a） 。 激光再熔化促进了熔池中的孔隙传输 ， 允许气孔通过锁孔逸出到大气中 ， 类似的观察结果显示在第一层熔体轨迹和图3b中 。 为了进行气体夹带 ， 这些气孔必须位于约距离粉末床表面1?mm（基于我们的设置） 。
图6：时间序列射线照片 ， 显示了氧化粉末（P=150）的第二层因瓦36熔体轨迹 。
图6b揭示了LAM期间开孔形成的新机制 。 7?ms时 ， 激光重新熔化第一层熔化轨道的表面并形成液桥（由紫色虚线表示） 。 介于10和34.8 ms之间? ， 激光束使液桥的尺寸增加一倍 ， 同时加速其内部熔体流动 ， 从而促进孔的聚结、生长和传输 。 通过34.8?ms ， Marangoni驱动的气流向液桥两端夹带气孔 ， 显著削弱其结构完整性 。 激光束会提高气孔周围材料的温度 ， 加热气孔（见红色虚线箭头） ， 并按比例扩大气孔的体积 。 一旦气体压力超过液桥的表面张力 ， 液桥就会破裂（35?ms） ， 并作为液态金属流（36?ms） ， 形成液滴飞溅 。 因此 ， 闭合孔隙破裂打开 ， 在熔体轨道表面留下凹痕或凹坑 。
图7显示了氧化粉末LAM中第三层熔体轨迹的演变 。 与第二层熔融轨迹类似 ， 激光束在熔融轨迹前部的开放孔上方熔化粉末 ， 形成暂时封闭孔的液桥 。 随着LAM的进展 ， 激光束在孔内引起间接激光驱动的气体膨胀 ， 这克服了液桥的强度 ， 导致孔破裂 ， 随后形成开放孔和液滴飞溅 。 这一可重复的观察结果表明 ， 孔破裂是氧化粉末LAM中液滴飞溅和开孔的关键形成机制 ， 可能适用于原始粉末的LAM 。
图7 时间序列射线照片 ， 显示了150 W的第三层因瓦36熔体轨迹（B2.3）的LAM? 。
图7b揭示了LAM期间的一种新的毛孔愈合机制 。 激光束穿透第二层和第三层熔体轨迹 ， 打开预先存在的孔（361?毫秒） 。 气体在预先存在的孔隙内径向膨胀 ， 向上推动液态金属（362?毫秒） 。 随后 ， 由高表面张力驱动的液态金属回旋回到顶部轨道（由红色虚线箭头指示） ， 愈合毛孔 。 液态金属的向内流动可能是由马兰戈尼对流推动的 ， 与液态金属的重量相结合 ， 导致熔池向上旋转并回落 ， 从而修复孔隙（361-363?毫秒） 。
3.4.熔池几何形状和孔隙率的时间分辨量化
【顶刊《Acta Materialia》：激光增材制造中粉末氧化对缺陷形成的影响】使用X射线照片 ， 我们量化了整个LAM中熔体轨迹几何形状及其内部孔隙度的变化 ， 见图8 。 图8a显示氧化粉末（L-B2.1）的轨迹长度比原始粉末（L-B1.1）长约20% 。 这是由于1）降低的表面张力导致熔池进一步扩展 ， 2）激光束前方飞溅物增加 ， 使轨迹向粉末床底部延伸 。
图8 LAM期间熔体特征的量化：（a）第一层（B2.1）、第二层（B2.2）和第三层（B2.3）熔体轨迹的长度和深度 ， 以及（b）每个熔体轨迹中孔隙率随时间的变化 。
3.5. Post-mortem3D分析
同步辐射X射线成像装置的像素分辨率为6.6?μm ， 这意味着我们无法量化直径小于约20μm ， 此外 ， 射线照相分析未考虑X射线束路径上的孔隙深度 。 因此 ， 我们进行了高分辨率XCT扫描 ， 以检查由原始粉末和氧化粉末制成的样品 ， 在3D中可视化和量化形态和孔径分布 。
图9a显示 ， 原始粉末产生的熔体轨迹显示出0.08%的孔隙率 。 根据XCT数据的分辨率 ， 熔体轨迹显示没有开放孔 ， 但包含一些面积当量直径为10?μm 。 图9b显示 ， 氧化粉末产生的熔体轨迹的总孔隙度为15.1% ， 其中三分之二（8.6%）为开孔 ， 三分之一（6.5%）为闭孔 。
图9 由（a）原始粉末（B1）和（b）氧化粉末（B2）制成的熔体轨迹的3D体积绘制 。 （c）它们相应的孔径分布 。
调整层厚度是减少粉末飞溅的有效方法 。 如下图所示 ， 蒸汽射流具有倒锥形 ， 该圆锥体更局限于熔池附近 ， 但在远离熔池时会膨胀 。 因此 ， 较薄的粉末床有更好的机会被激光完全熔化 ， 并在蒸汽喷射路径中留下更少的松散粉末以喷射 。
光学图像显示粉末层厚度对增材制造的AlSi10Mg样品微观结构的影响 。
通过比较不同层厚度构建的AM部件 ， 发现证据证实了层厚的影响 。 两个AlSi10Mg样品分别在商用AM机器中制造 ， 层厚分别为50μm和30μm 。 两个样品的横截面垂直于建筑方向切割 。 两个横截面的光学图像如图上图（a ， b）所示 。 飞溅引起的孔隙可以在具有较厚层（50μm）的样品中找到 ， 如图（a）所示 。 然而 ， 在具有较薄层（30μm）的样品中很少发现飞溅引起的缺陷 。 两个样本的密度也支持上述观察结果 。 50 μm 层样品的密度为 2.5648 g/cm3 ， 低于 30 μm 层样品的密度
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