3   CuW功能梯度復(fù)合材料的LCD工藝研究 

用傳統(tǒng)熔滲法或混粉燒結(jié)法生產(chǎn)的銅鎢電觸頭，在使用過(guò)程中存在的一個(gè)主要問(wèn)題是疲勞裂紋及掉渣現(xiàn)象（見(jiàn)圖9），即抗電弧侵蝕能力較差。從銅和鎢兩種材料的物理性質(zhì)而言，雖然銅的熔點(diǎn)僅為1083℃，沸點(diǎn)為2595℃，但銅對(duì)激光具有高反射高導(dǎo)熱的特點(diǎn)；而鎢的熔點(diǎn)則高達(dá)3422℃，沸點(diǎn)為5655℃。銅鎢兩者的熱物理特性相差太大，鎢的密度和沸點(diǎn)是銅的兩倍多，鎢的熔點(diǎn)是銅的3倍多，在鎢還未熔化時(shí)，銅已經(jīng)汽化了，需要足夠高的功率密度才能進(jìn)行銅和鎢的LCD試驗(yàn)。因此，采用感應(yīng)輔助LCD技術(shù)，可成形CuW功能梯度材料零件（見(jiàn)圖10），成形零件具有良好的綜合力學(xué)性能。

本試驗(yàn)重點(diǎn)研究CuW復(fù)合材料感應(yīng)輔助LCD的成形工藝，解決Cu的高導(dǎo)熱、對(duì)激光的高反射率問(wèn)題，研究CuW材料LCD的潤(rùn)濕機(jī)制、缺陷形成機(jī)制，使成形的CuW復(fù)合材料滿足使用的力學(xué)性能和電學(xué)性能要求。 試驗(yàn)結(jié)果顯示，在感應(yīng)加熱溫度為400℃的條件下，試樣的成形質(zhì)量最好。隨后在400℃預(yù)熱銅基板上 成形W的 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分 別為50%、 60%、70%和 80%的CuW 復(fù)合材料（見(jiàn)圖11），以及在CuW復(fù)合材料成 形工藝參數(shù)的基礎(chǔ)上，成形了CuW 功能梯度材料，并分析 了CuW梯度復(fù)合材料的顯微組織和W顆粒分布的均勻性。掃描電鏡照片顯示在W的含量為70%和80%時(shí)，W顆粒分布比較均勻，但所有成形試樣中都存在極少量微氣孔，進(jìn)一步試驗(yàn)表明，激光表面重熔工藝可以有效減少成形試樣中的氣孔。 

4   送粉氣純度對(duì)激光熔覆

Fe314修復(fù)40Cr組織與性能的影響與惰性氣體相比，氮?dú)饪梢酝ㄟ^(guò)氮?dú)獍l(fā)生器從空氣中制取，更適用于野外、工礦、能源動(dòng)力等多變復(fù)雜環(huán)境下失效零件的快速應(yīng)急修復(fù)，使設(shè)備快速恢復(fù)正常使用，可以節(jié)約資源、降低經(jīng)濟(jì)損失，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。選用99.999%N2、99.5%N2、98%N2 3種不同純度的氮?dú)馑头郏�在無(wú)保護(hù)的大氣環(huán)境中進(jìn)行激光熔覆Fe314修復(fù)40Cr試驗(yàn)，探討送粉氣的純度對(duì)修復(fù)零件組織與性能的影響，為熔覆修復(fù)系統(tǒng)選擇合適純度氮?dú)獍l(fā)生器確定科學(xué)依據(jù)。 

試驗(yàn)結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，隨著氮?dú)饧兌鹊慕档停�熔覆層組織殘留的夾渣物略有增加，但對(duì)修復(fù)后的力學(xué)性能影響很小，采用純度98%~99.5%的氮?dú)獍l(fā)生器完全滿足修復(fù)性能要求。3種不同純度氮?dú)馑头蹥鈼l件下Fe314修復(fù)40Cr試樣 的抗拉強(qiáng)度均不低于1001MPa，延伸率不低于10%，硬度約HV0.2430，均超過(guò)基體的力學(xué)性能。圖12為采用Fe314激光熔覆修復(fù)40Cr中碳鋼齒輪零件的案例，熔覆層與基體為冶金結(jié)合，結(jié)合面處力學(xué)性能大于40Cr本體，可以實(shí)現(xiàn)野外及工況環(huán)境下齒類件零件的快速應(yīng)急修復(fù)。

高性能金屬零件LAM技術(shù)作為 一種兼顧精確成形和高性能成性需求的一體化制造技術(shù)，已經(jīng)在航空航天、生物醫(yī)學(xué)、汽車高鐵、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域顯示了廣闊和不可替代的應(yīng)用前景。但是，相比于傳統(tǒng)鑄鍛焊等熱加工技術(shù)和機(jī)械加工等冷加工技術(shù)，LAM技術(shù)的發(fā)展歷史畢竟才30年，還存在制造成本高、效率低、精度較差、工藝裝備研發(fā)尚不完善等問(wèn)題，尚未進(jìn)入大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用，其技術(shù)成熟度相比傳統(tǒng)技術(shù)還有很大差距。特別是LAM專用合金開(kāi)發(fā)的滯后、LAM構(gòu)件無(wú)損檢測(cè)方法的不完善以及相關(guān)LAM技術(shù)系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化的不足，在很大程度上制約了LAM技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

除此之外，LAM合金的力學(xué)性能和成形幾何精度控制也遠(yuǎn)未達(dá)到理想狀態(tài)，這一方面來(lái)自于對(duì)這些合金在LAM和后續(xù)熱處理過(guò)程中的控形和控性機(jī)理的研究和認(rèn)識(shí)不夠系統(tǒng)深入，另一方面來(lái)自于對(duì)LAM過(guò)程的控制不夠精細(xì)。這也意味著，對(duì)于LAM技術(shù)，仍有大量的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究工作有待進(jìn)一步完善。增材制造以其制造原理的突出優(yōu)勢(shì)成為具有巨大發(fā)展?jié)摿Φ南冗M(jìn)制造技術(shù)，隨著增材制造設(shè)備質(zhì)量的大幅度提高，應(yīng)用材料種類的擴(kuò)展和制造效率與精度的提高，LAM技術(shù)必將給制造技術(shù)帶來(lái)革命性的發(fā)展。

作者：張安峰 （教授，博士生導(dǎo)師，主要從事激光增材制造（3D打印）技術(shù)及其裝備，高性能金屬零件增材制造技術(shù)及其再制造修復(fù)工程等方面的研究。 *基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)專項(xiàng)“高性能金屬結(jié)構(gòu)件激光增材制造控形控性研究”高性能金屬零件激光增材制造    技術(shù)研究進(jìn)展國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目；陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目）

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