本技术属于增材制造技术领域,详细描述了一种激光粉末床熔融过程的原位研究装置。该装置由密封舱、三维运动系统、加热平台、样品槽和送粉机构组成,加热平台位于三维运动系统中,旨在实现对激光粉末床熔融过程的精确控制和研究。
背景技术
激光粉末床加工技术包括激光熔覆技术、激光粉末床熔化增材制造技术等。在激光熔覆过程中,激光束照射在粉末表面,通过控制工艺参数,使粉末和基体表面熔化后重新凝固,以实现冶金结合。在激光粉末床熔化增材制造过程中,每一层材料的添加都是由激光加热粉末使其熔化、然后冷却凝固而实现的,在多层材料的叠加过程中,材料会经历多次热循环,每一层的固化都需要与下一层良好结合,以确保零件的整体性和强度。在激光粉末床加工技术中,均存在激光与粉末的相互作用、粉末和基材在受热升温过程中的固相转变、熔化、凝固及冷却过程中的固相转变,材料熔化形成的熔池中,还会产生马兰戈尼流等现象,并伴随着孔隙或微裂纹等缺陷的产生,加工过程所包含的现象十分复杂,这些组织机构演变过程通常在极短的时间和微小尺度发生。组织结构演变和孔隙等的形成都会对材料最终的性能产生影响。通过常规、非原位实验难以捕获熔凝过程中的组织结构的中间变化,导致难以深入揭示熔凝过程中的相变规律、熔池演化规律和孔隙形成机理。同步辐射X射线和中子散射技术具有高时空分辨率和高穿透性等优势,能够原位、无损表征材料组织结构,可以在较短时间内进行快速、准确的结构分析和成像。利用同步辐射X射线和中子散射技术开展原位实验,通过调节激光功率、扫描速率等工艺参数进行激光粉末床加工实验,同时收集同步辐射X射线或中子散射数据,追踪材料熔凝过程中的物相组成与结构演化,记录激光与粉末作用过程中粉末的溅射行为、熔池形态的演化、孔隙的形成和迁移等现象,可揭示相变规律、获得熔凝过程中物相和孔隙等缺陷的形成机制,进而澄清激光功率、扫描速率等工艺参数影响组织结构和孔隙等缺陷形成的机理,为通过调节工艺参数控制材料组织结构以及调控性能提供支撑。
实现思路