激光直接金属沉积法发展铬镍铁合金功能梯度材(2)
上图分别为950℃氧化128 h试样表面形成氧化鳞的截面形貌和为1000℃氧化140 h合金的形貌和元素再分布。
本研究探讨了工艺参数对直接激光金属沉积法制备的梯度不锈钢316L和Inconel 718薄壁结构的影响。研究的目的是确定工艺参数对显微组织、硬度和耐磨性的影响。虽然这两种材料已经分别进行了很好的研究,但这是一项以前从未使用这种组合进行过的调查。Wu等人的一篇早期论文对分级316L-Inconel718合金壁进行了硬度磨损和微观结构检查,但只考虑了在一组单一参数下建立的一种管壁。
LDMD中最有意义的参数通常是比能(定义为功率/(光束直径×穿越速度)),它给出了表面的能量密度,线质量(定义为粉末流动/穿越速度),并给出了每条轨道单位长度的沉积可用材料的质量。本文以激光功率和粉末质量流量为主要工艺变量,测试了二者的影响。导线速度和其他“二次”工艺参数,如气体流动速度和基板完成和温度保持恒定。现有研究表明,这些参数的不同固定值可能会影响测量结果的绝对值,但不会影响确定的基本LDMD过程和趋势。
2. 实验的程序
激光沉积过程采用LaserlineLDL160-1500 1.5 kW二极管激光器。一个不锈钢316L衬底的位置,使梁正交于表面,尺寸为2.5 mm(快轴)× 3.5 mm(慢轴)在衬底处。实验前,将SS316L底物在Guyson喷砂机中喷砂,然后用乙醇脱脂。x轴和y轴(水平面)的运动由数控工作台控制。整个装置被保存在一个充满氩气的房间(手套箱)。FST PF-2/2圆盘式给粉器,包含两个容量为1.5 L的粉末罐,用于输送316L不锈钢粉末(颗粒直径50-120 μm)和Inconel 718粉末(颗粒直径53-150 μm)。不锈钢316L和铬镍铁合金718的化学成分分别为0.03% C、2.0% Mn、1.0% Si、16.0 ~ 18.0% Cr、10.0 ~ 14.0% Ni、2.0 ~ 3.0% Mo、60% Fe和0.042% C、18% Fe、19% Cr、0.5% Al、1% Ti、3% Mo、5% Nb和55% Ni。
首先将不锈钢316L和铬镍铁合金718粉末分别称重,然后根据所需的重量百分比用机械搅拌器搅拌30分钟。两种材料的分级是通过在SS316L衬底块上沉积3层重量为100 wt%的SS316L,然后每隔3层增加沉积混合物中Inconel718的重量百分比25%,同时降低SS316L粉末的重量百分比。粉末通过同轴喷嘴的氩气输送到熔体池。一个双通道的给粉器被使用,允许在沉积之前在喷嘴中混合粉末。喷嘴对准基板上激光束的中心,以4 mm/s的穿越速度与慢轴平行移动。实验中使用的工艺参数如表1所示。工艺参数的精确值是根据之前的实验设置经验选择的,它显示了一个操作窗口约42-80 J/mm2的比能量,以获得良好的质量轨道。
表1 实验工艺参数。
将制备好的壁样品横切,装入Struers环氧树脂并抛光至4000粒。所有样品均在10%的草酸中进行电解腐蚀,并用6v直流电势。采用光学显微技术研究了梯度微结构。采用x射线能谱分析(EDS)分析元素组成。对已建墙体的横截面进行了显微硬度测试。磨损测试使用Teer涂层(POD-2)销对盘磨损测试仪进行,在该测试仪中,样品通过与WC-Co球接触进行旋转磨损。
3.结果
3.1. 宏观结构和维度
所有参数组合形成薄壁连续结构。所有用于分析功率和粉末流速影响的样品都很好地附着在基材上,没有轨迹中断的迹象,而且结构良好。图1显示了功率为550 W、粉末质量流速为0.834 g/s时制备的分级壁的例子(样品6)。
图1 直接激光熔敷金属SS316L/铬镍铁合金718功能梯度6 (A) 100% SS 316L, (B) 75% SS 316L, (C) 50% SS 316L, (D) 25% SS 316L和(E) 0% SS 316L。
对轨道尺寸的分析表明,随着功率的增加,有明显的沉积量增大的趋势。层高和层宽随输送功率和粉末质量流量主要输入变量的变化如图2(a)和图b所示。
图2 (a)激光功率和粉末流速对平均层高的影响。(b)激光功率和粉末流速对平均层宽的影响。
文章来源:《材料研究学报》 网址: http://www.clyjxbzz.cn/zonghexinwen/2021/1207/2010.html