Einflussfaktoren auf die Laserabsorption von Kupferpulver.
1. Einfluss der Partikelgröße
Das Reflexionsvermögen von drei verschiedenen Partikelgrößenverteilungen von reinem Kupferpulver für verschiedene Laser ist in der folgenden Abbildung dargestellt, die zeigt, dass das Reflexionsvermögen von Kupferpulver für Laser mit der Wellenlänge zunimmt, insbesondere im Wellenlängenband über 550 nm, dem Reflexionsvermögen von Kupferpulver für Laser steigt schnell an, was der Hauptgrund dafür ist, dass es trotz der guten Thermogenität von 1046-nm-IR-Lasern schwieriger ist, Kupferteile durch SLM zu formen }} µm, 22 Prozent im Bereich von 15-53 µm und 39,4 Prozent im Bereich von 5-35 µm.
Abb. Reflexionsgrad von reinem Kupferpulver mit drei Partikelgrößenverteilungen für verschiedene Laserwellenlängen und Laserreflexionsgrad bei 1064 nm
Die Laserabsorptionsrate von Metallpulver wird von einer Vielzahl von Faktoren beeinflusst, zusätzlich zu der Art des Pulvermaterials selbst, aber auch von der Farbe des Pulvers, der Temperatur, der Partikeloberflächenqualität, dem Lasereinfallswinkel und anderen Faktoren. Die durch die Kupferpulverfarbe und die Laserreflexion zwischen den Pulverpartikeln verursachten Änderungen der Partikelgröße änderten sich. Je kleiner die Pulverpartikel, je dunkler die Pulverfarbe, je kleiner die Pulverpartikelgröße in einem bestimmten Bereich, desto höher die Absorptionsrate der Wellenlänge von 1064 nm Laser. Je kleiner die Partikelgröße des Metallpulvers ist, desto öfter wird der Laser zwischen dem Pulver reflektiert, was indirekt die Absorptionsrate des Pulvers für den Laser erhöht.
2. Wirkung des Legierens
Die Laserreflexion von Cu{{0}},8 Gew.-% Cr-Pulver wurde getestet und mit der Laserabsorption von reinem Kupferpulver verglichen. Die Laserreflexion von Cu-0,8 Gew.-% Cr-Pulver bei 1064 nm betrug 69,5 Prozent, was niedriger war als die Laserreflexion von reinem Kupferpulver mit der gleichen Partikelgrößenverteilung, aber immer noch höher als die Laserreflexion von { {7}} um reines Kupferpulver, wie in der Abbildung unten gezeigt. Es wurde experimentell gezeigt, dass Cr im Vergleich zu Cu einen höheren Lichtabsorptionswert hat, und die feste Lösung des Cr-Elements in der Cu-Gitterverzerrung beeinflusst auch die Laserabsorptionsrate, also im gleichen Partikelgrößenbereich von 15-53 um, aufgrund Durch die Zugabe von 0,8 Gew.-% Cr-Element ist die Laserabsorptionsrate von Cu-0,8 Gew.-% Cr-Pulver größer als die von reinem Cu-Pulver bei 1064 nm, Cu-0,8 Gew.-% Cr-Pulver hat eine Laserabsorptionsrate von 30,5 Prozent bei 1064 nm, während der Wert für 15-53 um reines Kupferpulver 22 Prozent beträgt.
Laserreflexion von Cu-0,8 Gew.-% Cr bei verschiedenen Wellenlängen und Laserabsorption bei 1064 nm
3. Die Wirkung der Oberflächenmodifikation
Nano-TiC ist ein schwarzes viskoses Pulver mit kleiner Partikelgröße, großer spezifischer Oberfläche und hoher Oberflächenaktivität, das üblicherweise als Verbesserungsphase zur Verbesserung der Materialeigenschaften der Metallmatrix zugesetzt wird. Die Laserabsorptionsrate bei 1064 nm beträgt immer noch 96,7 Prozent. Die Laserabsorptionsrate von Kupfer- und Kupferlegierungspulver wird durch Oberflächenmodifikation von Nano-TiC verbessert.
Reflexionsvermögen von Nano-TiC bei verschiedenen Laserwellenlängen und bei 1064 nm
Das Nano-TiC wurde durch Kugelmahlen auf die Oberfläche von Kupferpulver aufgetragen und 0.05 Prozent, 0,1 Prozent, 0,2 Prozent, { {9}}0,3 Prozent, 0,4 Prozent Massenanteil von Nano-TiC wurde zu drei Arten von reinem Kupferpulver mit Partikelgrößenverteilung hinzugefügt, und die Laserreflexion jedes Pulvers wurde mit einem UV-3600Plus-UV-Spektrophotometer getestet. Aus der folgenden Abbildung ist ersichtlich, dass die Zugabe von Nano-TiC die Laserreflektivität von reinem Kupferpulver deutlich verringert und die Laserreflektivität mit zunehmendem Nano-TiC-Gehalt in einem regelmäßigen Gradientenabfall immer kleiner wird. TiC in Nanogröße wird durch Kugelmahlen gleichmäßig auf die Oberfläche von Kupferpulver aufgetragen, wodurch der ursprüngliche metallische Glanz von Kupferpulver abgedeckt wird, und zusammen mit der hohen Absorptionsrate des Lasers durch Nano-TiC selbst wird das Laserreflexionsvermögen erheblich verringert Kupferpulver.
Reflexion von drei reinen Kupferpulvern mit unterschiedlichen Massenanteilen von Nano-TiC, hinzugefügt zu unterschiedlichen Wellenlängen von Laserlicht. (a:5-35ähm, b:15-53ähm, c:40-160ähm)
4. Einfluss der Legierung und Oberflächenmodifikation
Das Laserreflexionsvermögen von Cu{{0}},8 Gew.-% Cr-Pulver mit unterschiedlichen Massenanteilen von Nano-TiC, das bei unterschiedlichen Wellenlängen hinzugefügt wurde, ist unten gezeigt. Wenn die Wellenlängen gleich sind, nimmt die Laserreflexion von Kupferpulver ab, wenn der Massenanteil des zugesetzten Nano-TiC steigt, und die Laserabsorption des Pulvers beträgt 67,3 Prozent, wenn der Massenanteil des zugesetzten Nano-TiC 0,4 Gewichtsprozent beträgt. Das Testergebnis, dass Oberflächenlegierung plus Oberflächenmodifikation die Laserabsorptionsrate des Pulvers immer noch effektiv reduzieren kann, was auch eine Idee zur Verbesserung der Laserabsorptionsrate von Legierungspulver liefert.
Reflexionsgrad von Cu-0,8 Gew.-% Cr-Pulver mit unterschiedlichen Massenanteilen von TiC, die zu unterschiedlichen Wellenlängen von Laserlicht hinzugefügt wurden
5. Oxidationsbehandlung
Das Laserreflexionsvermögen von drei reinen Kupferpulvern und Cu-0,8 Gew.-% Cr-Legierungspulvern wurde auf 50 Grad, 150 Grad, 250 Grad, 350 Grad erhitzt und für 5 Minuten in einem Korundtiegel gehalten und bei Raumtemperatur (RT) getestet ) und nach einer Oxidationsbehandlung usw. Die Laserreflexion ist unten gezeigt. Die Laserabsorption der drei reinen Kupferpulver unter den Bedingungen von 50 Grad und 150 Grad und Halten für 5 Minuten hat eine kleine Änderung verglichen mit der Laserabsorption des nicht oxidierten Pulvers. Als die Temperatur auf 250 Grad erhöht und für 5 Minuten gehalten wurde, nahm das Laserreflexionsvermögen des Pulvers signifikant ab und erreichte den Maximalwert bei 350 Grad und wurde für 5 Minuten gehalten. Die Laserabsorptionsraten der drei reinen Kupferpulver betrugen 61,7 Prozent, 68,3 Prozent und 64,8 Prozent für 5-35um, 15-53um und 40-160um bei 350 Grad und gehalten für 5 Minuten . Die Laserabsorptionsraten von Cu-0,8 Gew.-% Cr-Pulvern stiegen von 30,5 Prozent auf 41,2 Prozent und 42,3 Prozent nach der Oxidation bei 50 Grad bzw. 150 Grad und stiegen auf 76,9 Prozent und 77,4 Prozent nach der Oxidation bei 250 Grad bzw. 350 Grad im Vergleich zu reinem Kupferpulver mit der gleichen Partikelgrößenverteilung.
Laserreflexion bei verschiedenen Wellenlängen für verschiedene Pulver, die 5 Minuten lang bei 50 Grad, 150 Grad, 250 Grad, 350 Grad gehalten werden (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160 ähm, d: Cu-0,8 Gew.-% Cr)
Fazit
Es gibt viele Ansätze zur Verbesserung der Laserabsorptionsrate von Metallpulver, aber auf der Grundlage der Verbesserung der Laserabsorptionsrate von Pulver muss experimentell überprüft werden, ob die Qualität der geformten Teile sichergestellt werden kann. Je kleiner beispielsweise die Pulverpartikelgröße ist, desto höher ist die Laserabsorptionsrate. Dies bedeutet jedoch nicht, dass je kleiner die Metallpulverpartikelgröße ist, desto besser, da das ausgewählte Laserschmelzgerät eine bestimmte Dicke des Pulvers und die Pulverpartikelgröße hat weniger als die Mindestdicke der Ausrüstung wird das Pulver nicht richtig ablegen können, so dass die geeignete Partikelgröße nicht nur auf die Laserabsorptionsrate schauen kann; Bestehende Kupferlegierungen verfügen über ausgereifte Systeme für Legierungs- und Oberflächenmodifikationsverfahren, und die Auswirkung der Zugabe von Spurenelementen auf die Qualität von Formteilen muss experimentell verifiziert werden. Das Oberflächenoxidationsverfahren reduziert effektiv das Reflexionsvermögen von Kupferpulver für Laser, aber für Metallpulver für die additive Fertigung gilt: Je niedriger der Sauerstoffgehalt des Pulvers, desto geringer die Oberflächenaktivität, desto besser der Schmelzeffekt und desto höher die Formdichte, obwohl die Eine Erhöhung des Sauerstoffgehalts führt zu einer Abnahme des Laserreflexionsvermögens des Pulvers, aber der Sauerstoffgehalt des Pulvers sollte innerhalb eines vernünftigen Bereichs kontrolliert werden.
Bibliographie: „Eine Studie über die Laserabsorptionsrate von Kupfer- und Kupferlegierungspulver und dessen ausgewählten Bereich Laserschmelzen und -formen“, Shen Jibiao, Kunming University of Science and Technology
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