微观激光熔覆加工金属合金如何重组:成功连接的要素

来源:航空制造网    关键词:高功率激光器, 激光熔覆, 金属加工,    发布时间:2018-11-14

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 高功率激光器可以有选择持切割和连接金属制品,在今天的制造业中变得越来越重要。来自于新加坡制造技术研究所A*STAR的Yingchun Guan和她的同事们已经开发出了一项新技术,揭示到底熔融元素如何汽化并如何在激光产生的羽流表面运动,发现可以改善添加剂制造技术,常用于打印三维物体。
 
研究人员正在研究镁铝3D打印植入材料的可行性,因为它们质轻,坚韧且具有生物相容性。最近,来自A*STAR的研究团队证实这些合金的激光表面重熔能改善它们的耐蚀性能,它是铝的浓度在表面显著提高的结果。然而,将初始合金的成分与激光加工后最终产品的成分联系起来,因为在激光产生的蒸汽粒子云状羽流中会发生许多反应。
 
Guan和她的团队设计了一个新的实验装置(a new experimental setup),这种装置可以量化哪些熔融合金元素被喷射到激光羽流(laser plume)中。她们定位一个薄的硅基板,使之垂直于镁铝合金,离激光射击点(laser firing point)只有几毫米距离。激光脉冲产生的羽流沉积到硅基表面上。
 
当研究人员采用SEM检测沉积物时,他们看到一些相爆炸的清晰证据,液体和气化粒子混合物被激光冲击抛出。这些液体沉积物呈现硅晶片的许多部分不适合于定量分析。
 
但通过结合SEM的元素识别能力和飞行时间质谱,研究团队制作了一个“质量分辨图”,将羽流中的汽态第二相粒子的分布进行了重建。
 
质量分辨图像表明,镁离子最终以较高的浓度弥散分布在羽流中。相比之下,在接近激光射击点近场区域的中间铝离子数量提高。分析表明铝在羽流中比镁飞行得远,这是因为它们在近场区域中有很高的迁移率(higher transport rates)。
 
Guan还指出,根据这项技术的位点专一性分析能力(the site-specific analytical capabilities),应该给研究人员更精细的控制,合金元素的选择性表面汽化,以便为了促进这项高新技术的应用。在羽流中迁移率的化学分析和汽化物质的分布给我们提供了关于关键激光工艺的更好理解,包括那些用于添加剂制造的工艺。”她说。