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新型基板设计助力非晶合金增材制造

新型基板设计助力非晶合金增材制造

供稿人:赵洪炯 鲁中良   发布日期:2017-07-26
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非晶合金,又称金属玻璃、玻璃合金,凭借其高强度、高弹性、高硬度以及优良的耐蚀性能,受到研究人员的广泛关注。热塑性成型和铸造是制造非晶合金的主要方法,然而,长期以来,制造尺寸较大、形状复杂的非晶合金零件仍是一项极具挑战性的任务。快速成型技术的出现和发展使得复杂结构非晶合金的制造成为可能,然而,使用增材制造技术制造非晶合金,常出现基板与非晶合金箔的结合不牢的问题。近日,密苏里科技大学的研究人员提出一种通过在基板上焊接非晶合金箔,改善基板与箔间结合效果的方法。

在LFP(laser-foil-printing)工艺(如图1所示)中,若直接使用非晶合金箔片在晶体基板上成型,则由于两者的理化性质差异而难以稳定结合。

图 1 LFP工艺示意图

研究人员在基板上焊接两层厚度为100μm的非晶合金箔,并通过激光切割将多余部分切除以获得适用于非晶合金增材制造的基板。制造过程如图2所示。

图 2 将非晶合金箔焊接至基板

研究人员采用了Ti6-4和Zr702两种常见材料的作为基板,采用LM105作为非晶合金箔,分别进行焊接试验,并对基板的微观结构进行分析。分析发现Ti6-4作为基板时,垂直于激光扫描方向的横截面出现了明显的旋涡状图案,平行于激光扫描的横截面则出现了裂纹(如图3所示);而Zr702作为基板时,则不会出现此类缺陷。

图 3 LM105箔与Ti6-4基板焊缝横纵截面

此项新式基板设计,为非晶合金的增材制造提供了更稳定的技术保障,也为更大尺寸,更复杂结构的非晶合金零件制造创造了条件。

参考文献:

  1. Li Y, Shen Y, Chen C, et al. Building metallic glass structures on crystalline metal substrates by laser-foil-printing additive manufacturing[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2017.