FeCrAl合金选区激光熔化增材制造工艺与性能研究

来源 :广东工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:weijiang321
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术作为金属增材制造最主要的工艺技术之一,已经广泛用于铝合金、铁合金、钛合金等金属材料的增材制造研究和应用生产中。FeCrAl合金具有电阻温度系数小、耐热性好、密度低以及抗高温氧化性能好及价格便宜等优点,在工业应用方面,采用FeCrAl合金制作汽车尾气净化器的蜂窝结构催化器载体,被认为是最有前景的金属载体,关于FeCrAl合金的增材制造技术及材料开发的相关研究在国际国内还鲜有报道,此类合金目前在增材制造领域尚未引起足够的重视。本课题以FeCrAl合金在汽车尾气净化器载体方面的应用为重点,以选区激光熔化法(SLM)为核心增材制造技术,通过系统的Central Composite Design响应曲面实验设计建构了SLM打印工艺参数与Fe20Cr5Al合金致密度的关系模型,进而对SLM打印工艺参数进行优化,得到最佳打印工艺参数;对SLM打印件进行850℃保温1小时退火热处理和1150℃保温1小时淬火热处理,研究热处理前与两种热处理方法后Fe20Cr5Al合金显微结构和力学性能的变化,揭示热处理工艺对显微结构和力学性能的影响机制;进行SLM打印Fe20Cr5Al合金氧化增重测试,研究高温下合金的抗氧化性能;通过SLM打印Fe20Cr5Al合金蜂窝薄壁结构,通过化学镀在蜂窝基底原位生成贵金属整体催化剂,并测试该蜂窝整体催化剂的尾气催化净化性能。本文研究发现:(1)根据Central Composite Design响应曲面实验设计方法探索并获得了SLM成形Fe20Cr5Al合金合金粉体打印工艺参数(激光功率P,W;扫描速度V,mm/s;扫描间距h,mm)与打印件相对密度的关联关系模型:RD=-0.5067485+0.004296*P+0.000242*V+21.994799*h+6.76187*P*V-0.00409*P*h-0.00422*V*h-0.000008*P2-6.97095*V2-115.4205*h2通过该模型优化得出的最佳SLM成形工艺参数组合为:激光功率310 W、扫描速度:1500 mm/s、扫描间距0.06 mm,在此工艺参数下打印件的相对密度达到98.6%。(2)对热处理前后Fe20Cr5Al合金的硬度进行水平及垂直截面检测,发现SLM成形Fe20Cr5Al合金水平截面和垂直截面硬度不存在明显差异,没有明显的硬度各向异性,采用850℃保温1小时退火热处理和采用1150℃保温1小时淬火热处理两种热处理方法对SLM打印Fe20Cr5Al合金的硬度均发生下降,850℃保温1小时退火热处理后水平截面硬度从热处理前的HV269下降为HV254,垂直截面从热处理前的HV238下降为HV251,1150℃保温1小时淬火热处理后硬度下降更为明显,水平截面硬度下降至HV238,垂直截面硬度下降至HV234。(3)对热处理前后Fe20Cr5Al合金的拉伸实验表明未进行热处理的SLM打印Fe20Cr5Al合金拉伸样条的拉伸强度为824.8 MPa,延伸率为12.3%,两种热处理方法均降低了合金的拉伸强度,但延伸率均有提高,850℃保温1小时退火热处理后拉伸强度为802.3 MPa,延伸率提高至20.5%,150℃保温1小时淬火热处理后拉伸强度下降至725.6 MPa,延伸率提高至16.7%。(4)对SLM打印件的抗氧化实验表明在800℃时Fe20Cr5Al合金打印件几乎没有氧化增重现象,而该合金在1000℃氧化速度为0.042 g/m2·h。(5)对采用化学镀方法在Fe20Cr5Al蜂窝基底上原位生成的Pd/FeCrAl催化剂进行汽车尾气净化测试表明该催化剂对尾气中NO的转化率不高,对甲苯的净化效果很好,能达到与堇青石蜂窝陶瓷负载的钯基催化剂的净化活性相当的水平。
其他文献
随着农业机械化的快速发展,以农业生产为核心,以育苗、移栽、运送等农业活动为目标的高效、绿色、经济现代农业运输方式,正成为现代农业的重要基础。但近年来在农业大棚草莓巨大产量增长的背后,是越来越多草莓因农业运输而导致损坏的趋势。本课题研究适用于农业大棚草莓自动化、高效、绿色运输的自动导引小车(AGV),完成草莓从农业大棚采摘到仓库存储的最后五百米快速运输过程,并实现运输过程中减少草莓损伤的要求。课题首
由于果蔬采摘季节性强、时间集中,需要大量劳动力,而农业生产中最耗时耗力的环节是果蔬采摘作业。同时基于我国社会经济转型发展,农业从业人口老龄化愈来愈严重,果蔬种植采摘实现机械化、自动化是农业可持续发展的必经之路。我国香蕉产量一直稳居世界第二,香蕉基于其生物特性,据品种不同植株高度达2.5-3.2 m之间,行间距3-3.5 m。香蕉采摘属于典型的高空作业,且果串质量在30 kg-80 kg之间,人工采
化学机械抛光(CMP)作为一种高效高精度的抛光技术,被广泛运用于玻璃、陶瓷、金属及半导体材料的抛光。在CMP加工过程中,通常使用表面粗糙度、表面形貌和材料去除率(MRR)来评估其加工效果,而这些评估方法在一定程度上受仪器精度和检查人员的影响,无法直观准确地反映CMP加工过程中工件表面的变化。抛光盘、抛光液和晶片表面通常会发生摩擦磨损,摩擦磨损实现材料去除的同时产生摩擦热,可加速摩擦区域的化学反应速
单晶SiC作为第三代半导体材料的代表,用于高性能电子器件的衬底基片,要求其表面原子级超光滑并且无亚表面损伤,但单晶SiC硬度高、脆性大、化学惰性,使其成为难加工的硬脆材料。本文提出等离子体辅助集群磁流变抛光方法,先通过等离子体表面处理以降低单晶SiC的Si面的硬度,随后利用磁流变抛光快速去除表层材料、降低表面粗糙度,实现单晶SiC高效率超光滑平坦化加工。首先,对等离子体辅助集群磁流变抛光单晶SiC
金属表面微沟槽结构阵列具有改善摩擦副表面摩擦润滑性能、提高散热器传热效率以及改变表面润湿状态等重要作用,如何精密、高效加工微沟槽结构成为研究的热点。掩模电解加工能够实现大面积微沟槽阵列的一次加工成形,并具有工具阴极无损耗、加工表面无应力和无热影响区、无毛刺等优点,是目前微沟槽加工的主要方法之一。针对掩模电解加工微沟槽存在加工定域性差、“凸脊”现象及截面尺寸沿长度方向一致性差等问题,本文利用多孔质金
非晶合金具有优异的物理机械性能,其高强度、高硬度、高断裂韧性和疲劳强度等而被作为工具材料和体育用品材料;其磁性能远优于硅钢,从而被广泛应用于变电器、互感器、电感器等电力设备和电子器件。制作铁芯的非晶合金薄带在实际应用中需要通过滚剪加工制成特定宽度的条带,由于其硬度高、强度大、厚度薄、应力敏感等材料特性,使得加工表面完整性差、刀具磨损快,严重影响材料性能的发挥。本文以铁基非晶合金带材为研究对象,首先
在驾驶中需要保持良好的驾驶情绪,但驾驶员情绪不当难以自我发现及纠正,需要使用外在的方法来提示,传统的方法是手工提取驾驶员面部状态特征,但手工提取十分麻烦且识别率不高,需要研究自动提取特征的方法才能实时监控驾驶员的情绪状态。ResNet、EfficientNet等网络的出现给自动提取带来了新的进展。当前市场上流行的驾驶辅助系统较多的注重点是在疲劳驾驶和分心驾驶上,本文的主要思路是研究驾驶情绪识别算法
太阳能电池片作为将光能转化成电能的发电装置,广泛应用于太阳能发电行业中,电池片在不同的发电场合中所需要的尺寸规格也不同,因此在生产过程中有时需要将大尺寸的电池片切割为小尺寸的电池片。本文所用电池片切割技术为激光划裂技术,太阳能电池片激光划片机的视觉系统是划片机的重要组成部分。在本项目中,划片机将电池片整片划为两个大小相同的半片,视觉系统需要完成的功能为保证电池片按正确的方向和路径划裂,并检测电池片
经颅相控聚焦超声是一种新兴的脑疾病治疗技术,具有无创安全、穿透部位深等优势。超声波穿过多孔充液、结构复杂的颅骨后会发生相位畸变和能量衰减,进而影响治疗效果,所以对经颅相控聚焦超声进行相位校正至关重要。现有水听器相位校正方法存在测量元件干扰原始声场分布、扫描时间长、测量方向单一且测量角度有限等缺点。阴影法超声场可视化技术通过记录光线在声场中发生的偏转位移,实时显示声波在空间中的传播过程和能量分布,具
对微纳颗粒进行精确操控是实现生物医学等领域诸多应用(例如,对细菌、循环肿瘤细胞的检测和鉴定、水和食品质量的评估等)的关键步骤。近年来,超声微流控作为一种非接触式的操控技术,在对微通道内微纳颗粒的操控方面,引起了广泛的关注。目前主流的超声微纳颗粒操控装置以矩形截面通道为主,且其声流体形态也已经得到了广泛而深入的研究,但圆柱形流道中的相关理论还有待完善。本文将矩形截面微通道中一些成熟的研究方法和理论,