Fatores que influenciam a absorbância do laser de pó de cobre.
1. Impacto do tamanho das partículas
A refletância de três diferentes distribuições de tamanho de partícula de pó de cobre puro para diferentes lasers é mostrada na figura abaixo, que mostra que a refletância do pó de cobre para laser aumenta com o comprimento de onda, especialmente na faixa de comprimento de onda acima de 550nm, a refletância do pó de cobre para laser aumenta rapidamente, que é a principal razão pela qual é mais difícil formar peças de cobre por SLM, apesar da boa termogenicidade do laser IR de 1046nm. A absorção do laser de comprimento de onda de 1064nm foi de 21,8% para pó de cobre puro na faixa de {{5 }} µm, 22 por cento no intervalo de 15-53 µm e 39,4 por cento no intervalo de 5-35 µm.
Fig. Refletância de pó de cobre puro com três distribuições de tamanho de partícula para diferentes comprimentos de onda de laser e refletância de laser em 1064nm
A taxa de absorção do laser do pó metálico é afetada por vários fatores, além da natureza do próprio material do pó, mas também pela cor do pó, temperatura, qualidade da superfície da partícula, ângulo de incidência do laser e outros fatores. As mudanças no tamanho das partículas causadas pela cor do pó de cobre e a reflexão do laser entre as partículas do pó mudaram, quanto menores as partículas do pó, mais escura a cor do pó, quanto menor o tamanho das partículas do pó em uma certa faixa, maior a taxa de absorção do comprimento de onda de 1064nm laser. Quanto menor o tamanho de partícula do pó metálico, mais vezes o laser será refletido entre o pó, aumentando indiretamente a taxa de absorção do pó ao laser.
2. Efeito da liga
A refletância do laser de Cu{{0}},8 por cento em peso de pó de Cr foi testada e comparada com a absorção de laser de pó de cobre puro. A refletância do laser de Cu-0,8 por cento em peso de pó de Cr a 1064 nm foi de 69,5 por cento, que foi menor do que a refletância do laser de pó de cobre puro com a mesma distribuição de tamanho de partícula, mas ainda maior do que a refletância do laser de { {7}}um pó de cobre puro, conforme mostrado na figura abaixo. Foi demonstrado experimentalmente que o Cr possui maior valor de absorção de luz comparado ao Cu, e a solução sólida do elemento Cr na distorção da rede do Cu também afeta a taxa de absorção do laser, portanto, na mesma faixa de tamanho de partícula de 15-53um, devido à adição de 0,8% em peso do elemento Cr, a taxa de absorção do laser de Cu-0,8% em peso de pó de Cr é maior que a do pó de Cu puro em 1064nm, Cu -0,8% em peso de pó de Cr tem um taxa de absorção do laser de 30,5 por cento em 1064 nm, enquanto o valor é de 22 por cento para 15-53um pó de cobre puro.
Refletância de laser de Cu-0,8% em peso de Cr em diferentes comprimentos de onda e absorção de laser em 1064nm
3. O efeito da modificação da superfície
O Nano TiC é um pó viscoso preto com tamanho de partícula pequeno, grande área superficial específica e alta atividade superficial, que geralmente é adicionado à matriz metálica como uma fase de aprimoramento para melhorar as propriedades do material. A taxa de absorção do laser em 1064 nm ainda é tão alta quanto 96,7%. A taxa de absorção do laser do pó de cobre e liga de cobre será melhorada pela modificação da superfície do nano-TiC.
Refletância de nano-TiC para diferentes comprimentos de onda de laser e em 1064 nm
O nano-TiC foi revestido na superfície do pó de cobre por moagem de bolas e 0.05 por cento, 0,1 por cento, 0,2 por cento, { {9}}.3 por cento, fração de massa de 0,4 por cento de nano-TiC foi adicionado a três tipos de pó de cobre puro com distribuição de tamanho de partícula e a refletância de laser de cada pó foi testada por espectrofotômetro UV-3600Plus UV. A partir da figura abaixo, pode-se ver que a adição de nano-TiC reduz significativamente a refletividade do laser do pó de cobre puro, e a refletividade do laser torna-se cada vez menor com o aumento do teor de nano-TiC em uma diminuição regular do gradiente. O TiC de tamanho nano é revestido uniformemente na superfície do pó de cobre por moagem de bolas, que cobre o brilho metálico original do pó de cobre e, juntamente com a alta taxa de absorção do laser pelo próprio nano-TiC, reduz significativamente a refletividade do laser de pó de cobre.
Reflectância de três pós de cobre puro com diferentes frações de massa de nano-TiC adicionados a diferentes comprimentos de onda de luz laser. (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um)
4. Efeito da liga e modificação da superfície
A refletância do laser de Cu{{0}}.8% em peso de pó de Cr com diferentes frações de massa de nano-TiC adicionados em diferentes comprimentos de onda é mostrada abaixo. Quando os comprimentos de onda são os mesmos, a refletância do laser do pó de cobre diminui à medida que a fração de massa de nano-TiC adicionada aumenta, e a absorção do laser do pó é de 67,3% quando a fração de massa de nano-TiC adicionada é de 0,4% em peso. O resultado do teste de que a liga de superfície mais a modificação da superfície ainda pode reduzir efetivamente a taxa de absorção do laser do pó, o que também fornece uma ideia para melhorar a taxa de absorção do laser do pó da liga.
Refletância de Cu-0.8% em peso de pó de Cr com diferentes frações de massa de TiC adicionadas a diferentes comprimentos de onda de luz laser
5. Tratamento de oxidação
A refletância do laser de três pós de cobre puro e pós de liga de Cu-0.8% em peso de Cr foram aquecidos a 50 graus, 150 graus, 250 graus, 350 graus e mantidos por 5 minutos em cadinho de corindo e testados em temperatura ambiente (RT ) e após o tratamento de oxidação, etc. A refletância do laser é mostrada abaixo. A absorbância do laser dos três pós de cobre puro sob as condições de 50 graus e 150 graus e mantendo por 5min tem uma pequena mudança em comparação com a absorbância do laser do pó não oxidado. Quando a temperatura foi aumentada para 250 graus e mantida por 5 min, a refletividade do laser do pó diminuiu significativamente e atingiu o valor máximo em 350 graus e mantida por 5 min. As taxas de absorção de laser dos três pós de cobre puro foram 61,7 por cento, 68,3 por cento e 64,8 por cento para 5-35um, 15-53um e 40-160um a 350 graus e mantidos por 5 min, respectivamente . As taxas de absorção de laser de pós de Cu-0.8% em peso de Cr aumentaram de 30,5% para 41,2% e 42,3% após a oxidação a 50 graus e 150 graus, respectivamente, e aumentaram para 76,9% e 77,4% após a oxidação a 250 graus e 350 graus, respectivamente, em comparação com o pó de cobre puro com a mesma distribuição de tamanho de partícula.
Refletância do laser em diferentes comprimentos de onda para diferentes pós mantidos a 50 graus , 150 graus , 250 graus , 350 graus por 5 minutos respectivamente (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160 hum, d: Cu-0,8% em peso Cr)
Conclusão
Existem muitas abordagens para melhorar a taxa de absorção do laser do pó metálico, mas com base na melhoria da taxa de absorção do laser do pó, se pode garantir a qualidade das peças formadas precisa experimentar para verificar. Por exemplo, quanto menor o tamanho da partícula do pó, maior a taxa de absorção do laser, mas isso não significa que quanto menor o tamanho da partícula do pó metálico melhor, porque o equipamento de fusão a laser selecionado é uma certa espessura do pó, tamanho da partícula do pó menos do que a espessura mínima do equipamento não será capaz de colocar o pó adequadamente, portanto, o tamanho de partícula apropriado pode não apenas observar a taxa de absorção do laser; Para métodos de liga e modificação de superfície, as ligas de cobre existentes possuem sistemas maduros, e o efeito da adição de oligoelementos na qualidade das peças formadas necessita de verificação experimental. O método de oxidação da superfície reduz efetivamente a refletividade do pó de cobre ao laser, mas para o pó de fabricação de aditivos metálicos, quanto menor o teor de oxigênio do pó, menor a atividade da superfície, melhor o efeito de fusão e maior a densidade de formação, embora o O aumento do teor de oxigênio diminui a refletividade do laser do pó, mas o teor de oxigênio do pó deve ser controlado dentro de uma faixa razoável.
Bibliografia: "Um estudo sobre a taxa de absorção a laser de pó de cobre e liga de cobre e sua área selecionada de fusão e formação a laser", Shen Jibiao, Universidade de Ciência e Tecnologia de Kunming
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