面向增材制造的球形金属粉的制备、表征与应用

发布时间：2017-03-29 12:10

  本文关键词：面向增材制造的球形金属粉的制备、表征与应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：球形金属粉末与传统粉末冶金用金属粉末不同,具有含氧量低、粒度分布窄、球形度高等特点,主要应用于3D打印以及注射成型等先进成型方法,具有极高的市场应用前景和经济效益。本文在详细阐述气雾化制备方法以及相关影响因素的基础上,采用自行研制的超音速脉冲惰性气体雾化设备,制备出球形2A14铝合金粉末、铜粉、304不锈钢粉末,用XRD衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、激光粒度仪对其成分、组织、表面形貌、粒径及粒度分布进行了研究；研究了气雾化压力、喷嘴类型以及金属本身性质对球形金属粉末粒径、粒度分布以及表面形貌的影响；采用制备的球形603不锈钢粉末进行3D打印,对3D打印不锈钢进行物相、组织、纳米硬度和弹性模量等性能进行分析。通过实验研究发现：(1)在本实验条件下,采用超音速脉冲惰性气体雾化设备制备的金属粉末,无杂质相,平均粒径小,粒度分布窄,呈近似正态分布,具有较高的球形度,极少的粉末出现卫星球现象。(2)随着气雾化压力的增大,2A14铝合金粉末的平均粒径先减小后增大,在6.0MPa时粒径达到最小；雾化压力从5.5MPa增加到6.0MPa,铝合金粉末的球形度提高,雾化气压超过6.0MPa,随着雾化压力的增大,卫星球现象越来越严重。环缝喷嘴与环孔喷嘴相比,环缝喷嘴制得的金属粉的粒度更细,且球形度更高,但其卫星球现象比环孔喷嘴制得的金属粉末稍严重。在其他条件相同的条件下,熔融态金属液的表面张力及粘度越大,制得的球形金属粉末越多,粉末的粒度越大；熔融态金属液的表面张力及粘度越小,制得的金属粉末的球形度相对较差,但粒度越小。(3)3D打印630不锈钢的元素百分比为0.7%Si、15.89%Cr、0.91%Mn、4.67%Ni、 3.99%Cu、73.83%Fe,主要物相为奥氏体和马氏体,金相组织由柱状晶和枝状晶组成,其组织均匀、细密,扫描电镜下,枝状晶组织截面为蜂窝状组织。纳米压痕的平均硬度为5679.0MPa,平均弹性模量约为250.4GPa。
【关键词】：球形金属粉 气雾化 雾化压力 雾化喷嘴 金属性质 增材制造 3D打印
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG14;TB383.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 选题背景及研究意义11-14
• 1.2 金属粉末制备方法14-17
• 1.2.1 还原法16
• 1.2.2 气相沉淀法16
• 1.2.3 液相沉淀法16-17
• 1.2.4 电解法17
• 1.2.5 雾化法17
• 1.2.6 机械粉碎法17
• 1.3 气雾化制备金属粉末的发展概况及工艺研究17-23
• 1.3.1 气雾化制粉的发展概况18-21
• 1.3.2 几种主要的气雾化制粉技术21-22
• 1.3.3 气雾化制粉的影响因素22-23
• 1.4 本课题的研究内容23-25
• 2 球形金属粉末的雾化制备与表征25-29
• 2.1 实验方案25-26
• 2.2 实验材料与实验设备26-27
• 2.2.1 实验原材料与辅助材料26
• 2.2.2 实验设备26-27
• 2.3 实验方法27-29
• 2.3.1 球形金属粉末制备27
• 2.3.2 样品表征方法27-29
• 3 球形金属粉末结构与粒径分析29-47
• 3.1 球形2A14铝合金粉末结构与粒径分析29-32
• 3.1.1 物相分析29
• 3.1.2 金相组织分析29-30
• 3.1.3 表面凝固组织分析30-32
• 3.1.4 平均粒径及粒度分布分析32
• 3.2 球形铜粉结构与性能分析32-35
• 3.2.1 物相分析33
• 3.2.2 金相组织分析33-34
• 3.2.3 表面凝固组织分析34-35
• 3.2.4 平均粒径及粒度分布分析35
• 3.3 球形304不锈钢粉末结构与性能分析35-42
• 3.3.1 物相分析36-38
• 3.3.2 金相组织分析38-39
• 3.3.3 表面凝固组织分析39-40
• 3.3.4 平均粒径及粒度分布分析40-42
• 3.4 球形630不锈钢粉末结构与性能分析42-45
• 3.4.1 630不锈钢粉末物相分析43
• 3.4.2 630不锈钢粉末表面形貌分析43-45
• 3.4.3 630不锈钢粉末平均粒径及粒度分布分析45
• 3.5 本章小结45-47
• 4 不同因素对球形金属粉末性能的影响47-61
• 4.1 雾化压力对球形金属粉末性能的影响47-50
• 4.1.1 雾化压力对球形金属粉末粒径及粒度分布的影响47-49
• 4.1.2 雾化压力对球形金属粉末球形度的影响49-50
• 4.2 雾化喷嘴对球形金属粉末性能的影响50-53
• 4.2.1 雾化喷嘴对球形金属粉末粒径及粒度分布的影响51-52
• 4.2.2 雾化喷嘴对球形金属粉末球形度的影响52-53
• 4.3 金属本身性质对金属粉末性能的影响53-60
• 4.3.1 金属本身性质对球形金属粉末粒径及粒度分布的影响54-56
• 4.3.2 金属本身性质对球形金属粉末球形度的影响56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 3D打印630不锈钢的制备与表征61-68
• 5.1 3D打印630不锈钢的制备61
• 5.2 3D打印630不锈钢的表征方法61-62
• 5.2.1 X射线衍射(XRD)分析61
• 5.2.2 金相组织分析61-62
• 5.2.3 扫描电镜(SEM)/能谱(EDS)分析62
• 5.2.4 纳米压痕测试62
• 5.3 实验结果分析62-67
• 5.3.1 3D打印630不锈钢物相分析62-63
• 5.3.2 3D打印630不锈钢组织分析63-64
• 5.3.3 3D打印630不锈钢能谱(EDS)分析64-65
• 5.3.4 3D打印630不锈钢纳米压痕分析65-67
• 5.4 本章小结67-68
• 6 结论68-69
• 致谢69-70
• 参考文献70-76
• 附录76

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本文编号：274440