激光增材制造FeNi坡莫合金及其發(fā)展研究
發(fā)布時(shí)間:2024-04-25 09:56:25軟磁合金是最具經(jīng)濟(jì)性和科技性的磁性材料之一,已被廣泛應(yīng)用于變壓器、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)等各種工業(yè)電子設(shè)備中,以及用于家用電器和科學(xué)設(shè)備等產(chǎn)品器件中。至今,人們已經(jīng)研究和生產(chǎn)了不同類型的軟磁材料,包括純鐵、鐵基合金(Fe-Si,F(xiàn)e-Ni,F(xiàn)e-Co和Fe-Si-Al等)及Ni-Zn,Mn-Zn和Co-Zn等一系列鐵氧體。坡莫合金是指鎳含量在30%~90%范圍內(nèi)的鐵鎳系合金。該類軟磁合金通過適當(dāng)?shù)墓に?,可以有效控制磁性能,是一種典型的功能材料,具有磁導(dǎo)率高、矯頑力低、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度高、居里溫度高、耐腐蝕性能良好、加工性能良好等特點(diǎn)。主要在交變磁場下使用,廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)領(lǐng)域及電訊、測控系統(tǒng)。常用的坡莫合金有1J50、1J79、1J85等。
在航空航天工業(yè)領(lǐng)域,坡莫合金主要用于制造靈敏度高、尺寸精、體積小、高頻損耗低的精密元器件。這些元器件往往使用復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如薄壁結(jié)構(gòu)、點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)、異形曲面結(jié)構(gòu)等)進(jìn)行設(shè)計(jì),相較傳統(tǒng)工藝,激光選區(qū)熔化技術(shù)所具有的無模具成形、尺寸精度高和冶金質(zhì)量良好等特點(diǎn),非常適合該類零件的制造,優(yōu)勢顯著。
近年來,金屬增材制造(Additive Manufacturing,AM)技術(shù)因其具有數(shù)字化靈活性而引起了廣泛的關(guān)注。對于具有復(fù)雜形狀的零件,通過傳統(tǒng)的鑄造、銑削和機(jī)加工等方法制造,存在相對困難或更昂貴等問題,而AM這種技術(shù)方便于設(shè)計(jì)并制造更輕、更復(fù)雜的零部件。選擇性激光熔化技術(shù)(Selective laser meting,SLM),是最具吸引力的AM 技術(shù)之一。在SLM的加工過程中,粉末被分散成薄層,并通過高密度激光源逐層快速熔融,每層薄層凝固成形后獲得具有所設(shè)計(jì)形狀的產(chǎn)品。因此,SLM 技術(shù)在制造設(shè)計(jì)具有復(fù)雜幾何形狀的零件、改進(jìn)性能和簡化制造過程方面都展現(xiàn)出巨大的潛力。由于激光光源的高能量密度,通過SLM技術(shù)不僅可以使用市售的預(yù)合金粉末(如鎳基、鈷基、鐵基粉末)制造普通合金,還可以制造高熔點(diǎn)難熔金屬(鉬、鉭、鎢及其合金等)。此外,對于功能材料,SLM提供了輕松獲得具有獨(dú)特微觀結(jié)構(gòu)的復(fù)雜幾何組件的潛力。因此,SLM被視為一種可以直接從原材料制備金屬部件的新興技術(shù).
采用增材制造手段進(jìn)行坡莫合金的制造大大提高了生產(chǎn)效率,具有較大的發(fā)展?jié)摿ΑD壳跋拗破履辖鹪霾闹圃煸嚇哟判阅芴嵘闹饕蛩匕饪?、裂紋等缺陷,內(nèi)應(yīng)力大,晶界密度大,元素分布不均勻等。采用合理的工藝參數(shù)以及熱處理工藝可有效減少裂紋缺陷,緩釋內(nèi)應(yīng)力,優(yōu)化顯微組織,從而實(shí)現(xiàn)坡莫合金磁性能的提升。但坡莫合金增材制造過程中氧元素等雜質(zhì)元素的摻雜問題依然存在,阻礙了坡莫合金磁性能的進(jìn)一步提升,需重點(diǎn)解決。為進(jìn)一步提高增材制造坡莫合金的磁性能,在增材制造前對原材料進(jìn)行深度清理,避免雜質(zhì)元素的混入影響磁性能。此外,優(yōu)化增材制造的保護(hù)環(huán)境,盡量避免在增材制造過程中混入雜質(zhì)元素。其中,采用真空環(huán)境對坡莫合金進(jìn)行增材制造, 如電子束增材制造技術(shù),可完全避免制造過程中雜質(zhì)元素的混入,有利于磁性能的提升。因此,采用電子束進(jìn)行坡莫合金的增材制造具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?。鑒于增材制造過程中較大的冷卻速度導(dǎo)致坡莫合金內(nèi)部應(yīng)力較大等問題,可采用預(yù)熱、緩冷以及原位熱處理等技術(shù)減緩制造過程中的冷卻速度,從而更好地緩釋應(yīng)力,提高坡莫合金的磁性能。