選擇性激光熔化制備難熔金屬鎢

供稿人:王興理想 張航

鎢（W）作為最高熔點(diǎn)的難熔金屬，具有許多獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，包括高密度，高導(dǎo)熱率，高再結(jié)晶溫度，低熱膨脹，以及室溫和高溫下的高強(qiáng)度和硬度，因此鎢已廣泛應(yīng)用于航空航天、核工業(yè)、軍工等。通常，很難通過傳統(tǒng)制造方法來(lái)制備形狀比較復(fù)雜的零部件，選擇性激光熔（SLM）在制備復(fù)雜形狀的零件方面具有生產(chǎn)靈活性，在工業(yè)應(yīng)用上具有極大的潛力[1]。

Chaolin Tan等[2]研究發(fā)現(xiàn)激光線能量密度（η）對(duì)SLM試樣的燒結(jié)成形性、密度和力學(xué)性能有顯著影響。圖1（a）-（f）顯示了從不同線能量密度生產(chǎn)的樣品的水平橫截面中取得的代表性圖像。在η在0.5-3.7J / mm范圍內(nèi)，η3 = 0.667J / mm表現(xiàn)出更好的燒結(jié)成形性和性能。用η3產(chǎn)生的樣本達(dá)到最高密度為19.01±0.02g / cm 3

圖1顯示由不同線性能量（J / mm）SlM生產(chǎn)的純鎢的水平橫截面中孔隙的光學(xué)顯微照片:( a）η1= 0.500，（b）η2= 0.625，（c）η3= 0.667，（d）η4= 0.750，（e）η5= 0.833，（f）η6= 1.000; （g）阿基米德密度和實(shí)際密度
圖2說明了激光線能量密度對(duì)顯微硬度的影響。樣品的顯微硬度約為445-467 HV0.05。η5試樣的硬度最大，η3和η5試樣的硬度均超過460 HV 0.05。與傳統(tǒng)方法處理的鎢（通常320-400HV）相比，經(jīng)過SLM制備的鎢樣品顯示出優(yōu)異的硬度。原因如下：SLM制備的鎢中的殘余應(yīng)力比較大，在沒有大量裂縫或孔隙的高密度化的前提下，SLM加工零件中合理水平的殘余應(yīng)力可能引起位錯(cuò)強(qiáng)化和硬度增強(qiáng)。

圖2激光線能量密度對(duì)SLM制備純鎢顯微硬度的影響
研究結(jié)果表明，激光加工參數(shù)的優(yōu)化可以有效提高SLM生產(chǎn)零件的性能和密度。這項(xiàng)研究為我們提供了關(guān)于難熔金屬在增材制造中應(yīng)用的新認(rèn)識(shí)。

參考文獻(xiàn)：
Xuhui Zi, Chao Chen , Xiaojun Wang, Pengwei Wang, Xiaoyong Zhang，et al. Spheroidisation of tungsten powder by radio frequency plasma for selective laser melting, Materials Science and Technology · December 2017.
Chaolin Tan, Kesong Zhou, Wenyou Ma, Bonnie Attard, et al. Selective laser melting of high-performance pure tungsten: parameter design, densification behavior and mechanical properties, science and Technology of Advanced Materials, 19:1, 370-380

供稿人:王興理想 張航 供稿單位：機(jī)械制造系統(tǒng)工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室