基于SLS覆膜锆砂砂型的钛合金快速铸造工艺研究

《基于SLS覆膜锆砂砂型的钛合金快速铸造工艺研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码：10406分类号：TG146.2学号：130085204028南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）基于SLS覆膜锆砂砂型的钛合金快速铸造工艺研究赵开发徐志锋教授硕士材料工程答辩日期：授予学位单位：StudyonRapidCastingProcessofTitaniumAlloywithCoatedZirconSandMouldbySelectiveLaserSinteringADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialEngineeringbyZhaoKaifa

2、UndertheSupervisionofProf.XuZhifengDecember,2015摘要采用激光选区烧结（SelectiveLaserSintering,SLS）技术直接成形砂型砂芯，具有响应速度快、制造周期短、灵活性高、稳定性好、砂型与砂芯一体化制造及可制造出任意复杂形状等优点，对提升大型复杂铸件的快速试制和制造水平有明显的促进作用，在航空航天及汽车等领域解决一些关键铸件的生产展现出巨大潜力。目前，国内外SLS成形砂型（芯）已实际应用于铸铝、铸钢及铸铁等材质的零件生产，而熔融钛因具有很高的化学活性，铸造成形时极易与常规铸型

3、材料发生界面反应，导致钛铸件表面产生较厚的氧化层、黏砂、表面夹杂及气孔等一系列的铸造缺陷，限制了SLS覆膜砂型（芯）在钛合金铸造中的应用。因此，研究适合于钛合金铸造的SLS用的砂型材料和制备工艺，对于推广SLS快速成形技术在钛合金铸造领域的应用有着重要作用。本文结合SLS成形和钛合金铸造的特点，选用高温稳定性、导热性好的锆砂为原砂材料，氧化钇（YO）、酚醛树脂及钇溶胶分别为填充材料和粘结剂；23在锆砂热、冷覆膜试验的基础上，着重进行了覆膜锆砂的激光烧结成形、后固化及钇溶胶浸渗、YO喷涂及焙烧处理研究。其中，重点研究了激光功率、单层23扫

4、描面积和YO添加量等对覆膜锆砂激光烧结件初强度的影响规律及其作用机23制，并进一步探讨了焙烧温度对SLS锆砂砂型的拉伸强度、发气量的影响；另外，还进行了纯钛的SLS锆砂砂型浇铸实验，初步探讨了SLS锆砂砂型表面与钛铸件的界面反应机理。其主要研究结果如下：在相同酚醛树脂含量的条件下，锆砂的热法覆膜强度明显高于冷法，而且热法覆膜的覆膜锆砂中添加的YO粉末分散更趋均匀；而覆膜锆砂的激光烧结成23形发现，单层扫描面积对锆砂烧结件的力学性能有显著影响，随单层扫描面积的增加，锆砂激光烧结件的初强度大幅降低，严重影响了锆砂砂型的激光烧结成形。2wt%

5、树脂含量的覆膜锆砂的合理激光烧结成形工艺参数为：扫描间距0.15mm，预热温度55℃，铺粉层厚0.2mm，激光功率35W，扫描速度2000mm/s；在单层扫描面积57cm2，其锆砂激光烧结件初强度为0.27MPa，170℃固化处理的拉伸强度达到2.14MPa，且锆砂砂型轮廓清晰，表面光滑平整。覆膜锆砂中YO添加量≤0.5wt%，对锆砂的SLS成形影响小；但随着YO3232I粉添加量的持续递增，SLS覆膜锆砂的初强度迅速下降；其中，YO添加量231.5wt%时，SLS覆膜锆砂的初强度为0.15MPa，经170℃固化后，其抗拉强度达到1.6

6、7MPa，分别为未添加YO覆膜锆砂的55.5%、78.2%。23SLS锆砂砂型的钇溶胶浸渗实验表明，钇溶胶已浸入SLS锆砂砂型内部约2-3mm，并在锆砂砂型表面形成了光滑胶凝薄膜，强化了锆砂砂型表面强度；在YO涂料粉液比为0.667时，SLS锆砂砂型砂芯表面的YO涂层失水胶凝后，2323涂层表面光滑、无开裂等现象，层厚均匀，且YO涂层与锆砂砂型结合良好。23焙烧温度对SLS锆砂砂型的强度影响较小，随着焙烧温度的升高，SLS锆砂砂型的抗拉强度缓慢下降；而对浸渗有钇溶胶的SLS锆砂砂型的发气量有明显的影响，随焙烧温度的提高，其发气量迅速减小

7、；在焙烧温度250℃时，浸渗有钇溶胶的SLS锆砂砂型抗拉强度为2.01MPa，发气量5.21ml/g，SLS锆砂砂型的综合性能表现最好。采用SLS锆砂砂型（芯）浇铸的纯钛铸件轮廓清晰、表面光亮，没有发现明显的铸造缺陷，砂型中的YO有效阻隔了熔融Ti与锆砂颗粒的接触，避免了23锆砂中Si、Zr和O元素的扩散迁移，减小了界面反应程度；同时，SEM+EDS分析也表明，SLS锆砂砂型与钛铸件界面反应厚度仅约3μm，铸件表面氧化层产物为TiO和TiO，O扩散富集固溶层厚度约1μm，且在扩散富集层中没有发n2n-12现Y和Zr元素；相比采用YO作为

8、耐火材料的熔模铸造界面反应层厚度大幅减23小。关键词：选区激光烧结（SLS）；覆膜锆砂；氧化钇（YO）；钇溶胶；熔融Ti；23界面反应IIAbstractSelectivelasersintering(SL