Факторы, влияющие на лазерное поглощение медного порошка.
1.Влияние размера частиц
Отражательная способность трех различных распределений размера частиц порошка чистой меди для различных лазеров показана на рисунке ниже, который показывает, что отражательная способность медного порошка для лазера увеличивается с длиной волны, особенно в диапазоне длин волн выше 550 нм, отражательная способность медного порошка для лазера быстро растет, что является основной причиной, по которой труднее формировать медные детали с помощью SLM, несмотря на хорошую термогенность ИК-лазера с длиной волны 1046 нм. Поглощение лазера с длиной волны 1064 нм составило 21,8 процента для порошка чистой меди в диапазоне {{5 }} мкм, 22% в диапазоне 15-53 мкм и 39,4% в диапазоне 5-35 мкм.
Рис. Отражательная способность порошка чистой меди с тремя распределениями частиц по размерам для разных длин волн лазера и коэффициент отражения лазера при 1064 нм
На скорость поглощения лазерного излучения металлическим порошком влияет множество факторов, помимо природы самого порошкового материала, а также цвет порошка, температура, качество поверхности частиц, угол падения лазерного излучения и другие факторы. Изменения размера частиц, вызванные цветом медного порошка и лазерным отражением между частицами порошка, изменились, чем меньше частицы порошка, тем темнее цвет порошка, чем меньше размер частиц порошка в определенном диапазоне, тем выше скорость поглощения длины волны 1064 нм. лазер. Чем меньше размер частиц металлического порошка, тем больше раз лазер будет отражаться между порошком, косвенно увеличивая скорость поглощения порошка лазером.
2. Эффект легирования
Лазерное отражение порошка Cu{{0}},8 мас.% Cr было протестировано и сравнено с лазерным поглощением порошка чистой меди. Коэффициент отражения лазерного излучения порошка Cu-0,8 мас.% Cr при 1064 нм составил 69,5%, что ниже, чем коэффициент отражения лазерного излучения порошка чистой меди с таким же распределением частиц по размерам, но все же выше, чем коэффициент отражения лазерного излучения { {7}}чистый медный порошок мкм, как показано на рисунке ниже. Экспериментально показано, что Cr имеет более высокое значение светопоглощения по сравнению с Cu, а твердый раствор элемента Cr в искажении решетки Cu также влияет на скорость поглощения лазерного излучения, поэтому в том же диапазоне размеров частиц 15-53um, из-за с добавлением 0,8 мас.% элемента Cr скорость лазерного поглощения порошка Cu-0,8 мас.% Cr выше, чем у чистого порошка Cu при 1064 нм, Cu -0,8 мас. скорость лазерного поглощения 30,5% при 1064 нм, в то время как значение составляет 22% для порошка чистой меди 15-53 мкм.
Коэффициент отражения лазерного излучения Cu-0,8 мас.% Cr на разных длинах волн и поглощение лазерного излучения на длине волны 1064 нм.
3. Эффект модификации поверхности
Nano TiC представляет собой черный вязкий порошок с малым размером частиц, большой удельной площадью поверхности и высокой поверхностной активностью, который обычно добавляют в металлическую матрицу в качестве улучшающей фазы для улучшения свойств материала. Коэффициент поглощения лазерного излучения на длине волны 1064 нм по-прежнему составляет 96,7 процента. Скорость лазерного поглощения порошка меди и медного сплава будет улучшена за счет модификации поверхности нано-TiC.
Отражательная способность нано-TiC для различных длин волн лазера и при 1064 нм
Нано-TiC наносили на поверхность медного порошка с помощью шаровой мельницы и 0.05 процентов, 0.1 процентов, 0.2 процентов, { {9}}.3 процента, массовая доля нано-TiC 0,4 процента была добавлена к трем видам порошка чистой меди с распределением частиц по размерам, и лазерная отражательная способность каждого порошка была проверена с помощью спектрофотометра UV-3600Plus UV. Из приведенного ниже рисунка видно, что добавление нано-TiC значительно снижает отражательную способность лазера порошка чистой меди, и отражательная способность лазера становится все меньше и меньше с увеличением содержания нано-TiC при регулярном уменьшении градиента. Наноразмерный TiC равномерно наносится на поверхность медного порошка с помощью шаровой мельницы, что скрывает первоначальный металлический блеск медного порошка, и вместе с высокой скоростью поглощения лазера самим нано-TiC значительно снижает отражательную способность лазера. медный порошок.
Отражательная способность трех порошков чистой меди с различной массовой долей нано-TiC, добавленных к лазерному излучению с различной длиной волны. (а:5-35гм, б:15-53гм, в:40-160гм)
4. Эффект легирования и модификации поверхности
Отражательная способность лазерного излучения порошка Cu{{0}},8 мас.% Cr с различной массовой долей нано-TiC, добавленного при разных длинах волн, показана ниже. Когда длины волн одинаковы, коэффициент отражения лазерного излучения медного порошка уменьшается по мере увеличения массовой доли добавленного нано-TiC, а поглощение лазерного излучения порошком составляет 67,3 процента, когда массовая доля добавленного нано-TiC составляет 0,4 мас.%. Результаты испытаний показывают, что поверхностное легирование плюс модификация поверхности все еще могут эффективно снижать скорость поглощения лазерного излучения порошком, что также дает идею улучшить скорость поглощения лазерного излучения порошком сплава.
Отражательная способность порошка Cu-0,8 мас.% Cr с различными массовыми долями TiC, добавленными к различным длинам волн лазерного излучения
5. Окислительная обработка
Лазерное отражение трех порошков чистой меди и порошков сплава Cu-0,8 мас.% Cr нагревали до 50, 150, 250, 350 градусов и выдерживали в течение 5 минут в корундовом тигле и тестировали при комнатной температуре (RT). ) и после обработки окислением и т. д. Коэффициент отражения лазера показан ниже. Лазерное поглощение трех порошков чистой меди в условиях 50° и 150° и выдержке в течение 5 минут имеет небольшое изменение по сравнению с лазерным поглощением неокисленного порошка. При повышении температуры до 250 градусов и выдержке в течение 5 минут отражательная способность порошка для лазерного излучения значительно уменьшалась и достигала максимального значения при 350 градусах и выдерживалась в течение 5 минут. Коэффициенты лазерного поглощения трех порошков чистой меди составляли 61,7 %, 68,3 % и 64,8 % для 5-35 мкм, 15-53 мкм и 40-160 мкм при 350° и выдержке в течение 5 мин соответственно. . Коэффициенты лазерного поглощения порошков Cu-0,8 мас.% Cr увеличились с 30,5% до 41,2% и 42,3% после окисления при 50° и 150°, соответственно, и увеличились до 76,9% и 77,4% после окисления при 250°. и 350 градусов соответственно по сравнению с порошком чистой меди с таким же гранулометрическим составом.
Коэффициент отражения лазера на разных длинах волн для разных порошков, выдержанных при 50, 150, 250 и 350 градусов в течение 5 минут соответственно (a:5-35мкм, b:15-53мкм, c:40-160 um, d: Cu-0,8 мас.% Cr)
Вывод
Существует множество подходов к улучшению скорости поглощения лазерного излучения металлическим порошком, но на основе улучшения скорости поглощения лазерного излучения порошком необходимо провести эксперимент, чтобы проверить, может ли он обеспечить качество формованных деталей. Например, чем меньше размер частиц порошка, тем выше скорость поглощения лазера, но это не означает, что чем меньше размер частиц металлического порошка, тем лучше, потому что выбранное оборудование для лазерной плавки имеет определенную толщину укладки порошка, размер частиц порошка. меньше минимальной толщины оборудование не сможет правильно уложить порошок, поэтому соответствующий размер частиц может не только смотреть на скорость поглощения лазера; Для методов легирования и модификации поверхности существующие медные сплавы имеют зрелые системы, и влияние добавления микроэлементов на качество формованных деталей нуждается в экспериментальной проверке. Метод поверхностного окисления эффективно снижает отражательную способность медного порошка для лазера, но для порошка для производства металлических добавок, чем ниже содержание кислорода в порошке, тем меньше поверхностная активность, тем лучше эффект плавления и выше плотность формования, хотя увеличение содержания кислорода снижает отражательную способность порошка для лазерного излучения, но содержание кислорода в порошке следует контролировать в разумных пределах.
Библиография: «Исследование скорости лазерного поглощения порошка меди и медного сплава и его лазерного плавления и формования на выбранной области», Шэнь Цзибяо, Куньминский научно-технический университет.
Если вы хотите узнать больше о MRJ-Laser, посетите:
Лазерная машина для очистки:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Лазерная маркировочная машина:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Лазерный сварочный аппарат:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
