Диссертация (1173110), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Критическими параметрами втехнологии аддитивного производства являются: химический и фазовыйсостав, структура, форма и размеры фракций (важность параметров сложнопереоценить: традиционно считается, что переход от одного производителяпорошков к другому требует пересмотра технологии).В порошковойметаллургии традиционно принято металлические порошки характеризоватьпохимическимпирофорность,(химсостав,токсичность),содержаниефизическимпримесей,(форма,загрязнений,размер,удельнаяповерхность, истинная плотность и микротвердость) и технологическим(насыпнаяплотность,текучесть,уплотняемость,формуемостьипрессуемость) свойствам.
Для практического применения проверяют не всепараметры, а только наиболее значимые для дальнейшей работы иэкспериментальныхисследований.Врядеслучаевисследуютсядополнительные параметры порошков, когда требуется уточнить, из какогопорошка изделие получится более качественным.Для определения форм и размеров фракций порошка исходныепорошковые материалы исследовались методом грануломорфометрического41анализа. Химический состав данных порошков определялся методомэнергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (ЭДС).2.3 ОборудованиеОборудованиедлягранулометрическогоанализа.Пробоотборпорошка осуществлялся вручную, так как полученные от производителейпартии порошков являются пробными – навеска пробы составила по 25 г.
Этанавеска разделялась для гранулометрического анализа и анализа насканирующем электронном микроскопе (СЭМ).Гранулометрическийанализвыполнялсянаизмерительномоборудовании OCCHIO 500 nano (производитель Бельгия). Оптическийгрануломорфометр используется для определения размеров и строениячастиц от 0,400 мкм до 2000 мкм для сухого порошка на основе технологиианализа изображений. От введения образца до отчетного анализа работаустановкиполностьюавтоматизированаиуправляетсяспомощьюкомпьютера. Оптика и освещение установки разработаны так, чтобыгарантировать наилучшее разрешение при более низких увеличениях ипредотвратитьискаженияизображений.Техническиехарактеристикиустановки представлены в таблице 2.1.Таблица 2.1.
Технические характеристики установки OCCHIO 500 nanoХарактеристикаЗначениеДлина540 ммШирина540 ммВысота основания300 мм42Общая высота (включая башню)720 ммРазрешение камеры6,6млн.пикселей(2200x3000пикселей)Размер пикселя3,5 мкмТип линзытелецентрический зумПодсветкалазернаяРазрешение линзыот 0,38 до 4,7 мкм/пиксельЗона обзора836x1140 мкм - 0.38 мкм/пиксель10266x14000 мкм - 4.7 мкм/пиксельИсследования на сканирующем электронном микроскопе проводились спомощью Vega 3LMH (Tescan, Чехия). Электронный микроскоп Vega 3LMHпредставляет собой многофункциональную версию с термоэмиссионнымвольфрамовым катодом и применяется для широкого класса научных итехнических задач исследований материалов в режиме высокого вакуума.Микроскопукомплектованэнергодисперсионнымспектрометрическимдетектором для исследования химического состава образцов. Микроскопполностью автоматизирован, обладает специализированным программнымобеспечением управления и контроля, а также подготовкой отчетов обисследовании.
Технические характеристики микроскопа представлены втаблице 2.2.Таблица 2.2. Технические характеристики СЭМ Vega 3LMHХарактеристикаЗначениеИсточник электроноввольфрамовый нагреваемый термокатодРазрешениедля детектора вторичных электронов – 2 нм;для детектора отраженных электронов – 2,5нм43Увеличениенепрерывное, от 2 × до 1 000 000Максимальное поле обзора7,7 мм при WD = 10 мм24 мм при WD = 30 ммУскоряющее напряжениеот 200 В до 30 кВТок пучка электроновот 1 пА (10-12 А) до 2 мкА (2•10-6 А)Режимы работывысокоеразрешение,глубинарезкости,большое поле обзораСкорость сканированияот 20 нс до 10 мс на пиксельВакуум< 9 × 10-3 Па*Столик для образцовконцентрический, автоматизированный на 7местМаксимальнаявысота 81образцаДлямм(безвращениястолика),60 мм (с вращением столика)определенияфазовогосоставапорошковпроводилирентгеноструктурный фазовый анализ.
Съёмка дифракционных спектровпроводилась на рентгеновском дифрактометре PANalytical Empyrean Series 2с использованием CoKα излучения.Подготовка порошковой композиции. При подготовке порошковыхкомпозиций, ее составляющие части взвешивались на лабораторных весахOhaus Pioneer PA4101C. Технические характеристики весов представлены втаблице 2.3.Таблица 2.3. Технические характеристики лабораторных весов Ohaus PioneerPA4101CХарактеристикаЗначениеМаксимальный вес4.1 кгДискретность100 мг44Размер платформы длина12 смРазмер платформы ширина12 смРазмер платформы диаметр12 смРазмер пикселя3,5 мкмКласс точности по ГОСТ 24104-01II-(высокий)Время установления показаний3-5 секДля перемешивания металлокерамических композиций использовалсяавтоматический миксер Inversina 2L . Данная установка имеет два двигателя,по одному на каждой оси. Перемешивание происходит за счет движения втрех направлениях: двух в горизонтальной плоскости и переворачиванияконтейнера c порошковым материалом.
Технические характеристики миксерапредставлены в таблице 2.4.Таблица 2.4. Технические характеристики автоматического миксера Inversina2LХарактеристикаЗначениеВес55 кгНапряжение230 В, 110 ВСкорость вращения0-60 об/минМощность80 ВтЗаполнение сосудаМакс. 15 кгРазрушениеконгломератовпорошкапроводилосьнашаровойпланетарной мельнице фирмы Retch PM 100. Планетарные шаровыемельницы используются для измельчения и перемешивания порошков, атакже обладают достаточной энергией для проведения механическоголегирования. Возникающие чрезвычайно высокие центробежные силы в45планетарных шаровых мельницах при работе, позволяют обрабатыватьпорошки за короткий период времени.
Технические характеристикимельницы представлены в таблице 2.5.Таблица 2.5. Технические характеристики мельницы Retch PM 100ХарактеристикаЗначениеНачальный размер частицдо 10 ммКонечный размер частиц< 1 мкмСкорость планетарного диска100 - 650 об/минМаксимальная скорость вращения стакана1300 об/минЗаполнение сосуда2 кгОборудование для СЛП. Изготовление экспериментальных образцовпроводилось на специальнойлабораторной установке селективноголазерного плавления ALAM (advanced laser additive machine), которая быларазработана и собрана в МГТУ «СТАНКИН» (рисунок 2.2). Даннаяустановка соответствует стандартным схемам установок селективноголазерного плавления.46аб1 – лазерныйисточник;2 – оптическоеволокно;3 – коллиматор;4 – сканатор;5 – лазерныйлуч;6 – подложка;7 – поршни;8 – порошок;9 – электроннаялинейка;10 – компьютер;11- изделие;12 – нож.Рисунок 2.2 Схема лабораторной установки: a – общий вид, б – схема47Принцип работы установки состоит в попеременной работе механическойи лазерной части.
К механической части относятся два поршня (7) один изкоторых поступательным движением вверх подает порошок (8), а другойопускается вниз по мере нанесения порошковых слоев ножом (12).Дискретный шаг двигателя, который приводит их в движение, можетизменяться. Движения поршней (7) контролируются микрометрическойэлектронной линейкой (9). Изделие (11) послойно формируется на подложки(6), в данной работе подложка выполнена из материала ВК20, описанноговыше. Лазерная часть установки состоит из иттербиевого оптоволоконноголазера ЛК-200-В (1) с длиной волны λ=1,07 мкм.
Коллимированный лазерныйлуч (5) после коллиматора (3) проходит в сканатор (4), где с помощьюподвижных оптических зеркал и фокусирующей линзы достигает зоныобработкинаподложке,гдеформируетсяизделие.Выращенныймногослойный куб на технологической подложке показан на рисунке 2.3 (б)Рисунок 2.3 – Изображения сплавленного изделия на технологическойподложке48Стратегия сканирования и параметры движения лазерного луча задаютсяс помощью программного обеспеченияWeldmark.
Мощность лазерногоизлучения регулируется в интерфейсе лазера ЛК-200-В.2.4 Методика подготовки композиционного материалаПорошковая металлургия по праву занимает лидирующие позиции потемпам развития в составе российской и мировой экономик. Определяющимифакторамиметаллургияявляютсядляпреимущества, которые предлагает порошковаяпроизводствафункциональныхизделий.Методыаддитивного производства с помощью лазера, такие как селективноелазерное плавление, хотя и относятся к порошковой металлургии, но стоятособняком, в том числе и потому, что имеют повышенные требования кхарактеристикампорошка,которыеопределяютсятехнологическимиаспектами: схема спекания, лазерное воздействия и т.д [61].
Производителипорошковых материалов до сих пор не предлагают приемлемых вариантов попоставкам порошковых материалов с требуемыми характеристиками, амногие порошковые композиции находятся на стадии разработки. Во многомэтоотноситсяивышеперечисленнымикроссийскойфактамипромышленности.возникаетВсвязиснеобходимостьспециализированной подготовки порошковых материалов для получениякомпозиций для технологии селективного лазерного плавления. Этоотносится как к подготовке порошковых материалов по гранулометрическимпараметрам просеиванием или измельчением, так и по химическому составупутем перемешивания порошков, механического легирования и т.д.Получение порошкового композиционного материала производилосьметодом механического легирования в шаровой планетарной мельнице49фирмы Retch PM 100 по схеме, представленной на рисунке 2.4. Исходныесоставляющие композиции засыпаются в стальной стакан с металлическимишарами.
Стакан закрепляется в специальном механизме, который вращаетего в 2-х направлениях: по кругу и вокруг собственной оси. Под действиемвысоких центробежных сил металлические шары перемешивают и вбиваютчастицы карбида вольфрама в более мягкий кобальт. Режимы обработкивыбирались экспериментально, оценивая наличие агломератов в порошковойкомпозиции на оптическом микроскопе Olympus BX 51M.Рисунок 2.4 – Схема работы планетарной шаровой мельницы2.5 Методика определения окна параметров СЛП композиционногоматериалаОпределение режимов обработки проводилось в четыре этапа:50Определение режимов обработки на материале изготовленном,1)традиционным способом.Определение режимов обработки при изготовлении одиночных2)валиков.Определение режимов обработки при изготовлении единичных3)слоев.Определение режимов обработки при изготовлении объемных4)объектов.Данный метод позволяет исключать неудовлетворительные режимы, темсамым сужая окно технологических параметров, переходя на следующиеэтапы.
Также, каждый этап позволяет определять группу параметров дляопределенного объекта:-одиночныйвалик(мощностьлазерногоизлучения,скоростьсканирования);- единичный слой (шаг сканирования);- объемный объект (толщина слоя, стратегия сканирования);Для определения окна технологических параметров обработки системыWC-Co, изначально подвергались лазерной обработке пластины твердогосплава BK20 толщиной 5 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
