Фактори, що впливають на лазерне поглинання мідного порошку.
1. Вплив розміру частинок
Коефіцієнт відбиття трьох різних розмірів частинок чистого мідного порошку для різних лазерів показаний на малюнку нижче, який показує, що коефіцієнт відбиття мідного порошку для лазера збільшується зі збільшенням довжини хвилі, особливо в діапазоні довжин хвиль вище 550 нм, коефіцієнт відбиття мідного порошку для лазера швидко зростає, що є основною причиною того, чому складніше формувати мідні деталі за допомогою SLM, незважаючи на хорошу термогенність ІЧ-лазера 1046 нм. Поглинання лазера з довжиною хвилі 1064 нм становило 21,8 відсотка для порошку чистої міді в діапазоні {{5 }} мкм, 22 відсотки в діапазоні 15-53 мкм і 39,4 відсотка в діапазоні 5-35 мкм.
Рис. Коефіцієнт відбиття порошку чистої міді з трьома розподілами розмірів частинок для різних довжин хвиль лазера та відбиття лазера при 1064 нм
На швидкість лазерного поглинання металевого порошку впливає безліч факторів, окрім природи самого порошкового матеріалу, а також колір порошку, температура, якість поверхні частинок, кут падіння лазера та інші фактори. Зміни розміру частинок, викликані кольором мідного порошку та лазерним відбиттям між частинками порошку, змінилися, чим менші частинки порошку, тим темніший колір порошку, чим менший розмір частинок порошку в певному діапазоні, тим вище швидкість поглинання довжини хвилі 1064 нм. лазер. Чим менший розмір частинок металевого порошку, тим більше разів лазер відбиватиметься між порошком, опосередковано збільшуючи швидкість поглинання порошком лазера.
2. Ефект легування
Коефіцієнт відбиття лазера порошку Cu{{0}}.8 мас.% Cr було протестовано та порівняно з лазерним поглинанням порошку чистої міді. Коефіцієнт відбиття лазера порошку Cu-0.8 мас.% Cr при 1064 нм становив 69,5 відсотка, що було нижчим за коефіцієнт відбиття лазера чистого мідного порошку з таким самим розподілом частинок за розміром, але все ще вище, ніж коефіцієнт відбиття лазера { {7}}um чистий мідний порошок, як показано на малюнку нижче. Експериментально було показано, що Cr має вищу величину поглинання світла порівняно з Cu, а твердий розчин елемента Cr у викривленні решітки Cu також впливає на швидкість поглинання лазера, тому в тому самому діапазоні розмірів частинок 15-53um, через до додавання 0,8 масового відсотка елемента Cr швидкість лазерного поглинання порошку Cu-0.8 масового відсотка Cr більша, ніж у чистого порошку Cu при 1064 нм, порошок Cu -0.8 масового відсотка Cr має швидкість лазерного поглинання становить 30,5 відсотка при 1064 нм, тоді як значення становить 22 відсотки для порошку 15-53um чистої міді.
Коефіцієнт відбиття лазера Cu-0.8 масових відсотків Cr на різних довжинах хвиль і лазерне поглинання на 1064 нм
3. Ефект модифікації поверхні
Nano TiC — це чорний в’язкий порошок із малим розміром частинок, великою питомою поверхнею та високою поверхневою активністю, який зазвичай додають до металевої матриці як покращувальну фазу для покращення властивостей матеріалу. Швидкість лазерного поглинання при 1064 нм все ще становить 96,7 відсотка. Швидкість лазерного поглинання міді та порошку мідного сплаву буде покращена модифікацією поверхні нано-TiC.
Відбиття нано-TiC до різних довжин хвиль лазера та при 1064 нм
Нано-TiC було нанесено на поверхню мідного порошку за допомогою кульового млину, і 0.05 відсотків, 0.1 відсотків, 0.2 відсотків, { {9}}.3 відсотка, 0,4 відсотка масової частки нано-TiC було додано до трьох видів чистого мідного порошку з розподілом частинок за розміром, а коефіцієнт відбиття лазера кожного порошку перевірено за допомогою спектрофотометра UV-3600Plus UV. На малюнку нижче видно, що додавання нано-TiC значно знижує лазерну відбивну здатність чистого мідного порошку, і лазерна відбивна здатність стає все меншою зі збільшенням вмісту нано-TiC у регулярному градієнтному зменшенні. Нанорозмірний TiC рівномірно наноситься на поверхню мідного порошку за допомогою кульового помелу, що покриває оригінальний металевий блиск мідного порошку, і разом із високим рівнем поглинання лазера самим нано-TiC значно зменшує відбивну здатність лазера. мідний порошок.
Відбиття трьох порошків чистої міді з різними масовими частками нано-TiC, доданих до різних довжин хвиль лазерного світла. (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um)
4. Вплив легування та модифікації поверхні
Коефіцієнт лазерного відбиття порошку Cu{{0}}.8 мас.% Cr з різною масовою часткою нано-TiC, доданого на різних довжинах хвилі, показано нижче. Коли довжини хвилі однакові, коефіцієнт відбиття лазера мідного порошку зменшується, оскільки масова частка доданого нано-TiC зростає, і лазерне поглинання порошку становить 67,3 відсотка, коли масова частка доданого нано-TiC становить 0,4 вагового відсотка. Результати тесту показали, що поверхневе легування та модифікація поверхні все ще можуть ефективно зменшити швидкість лазерного поглинання порошку, що також дає ідею покращити швидкість лазерного поглинання порошку сплаву.
Коефіцієнт відбиття порошку Cu-0.8 масових відсотків Cr із різними масовими частками TiC, доданими до різних довжин хвиль лазерного світла
5. Окислювальна обробка
Коефіцієнт відбиття лазера трьох порошків чистої міді та порошків сплаву Cu-0.8 мас.% Cr нагрівали до 50 градусів, 150 градусів, 250 градусів, 350 градусів і витримували протягом 5 хвилин у корундовому тиглі та перевіряли при кімнатній температурі (кімнатна температура). ) і після обробки окисленням тощо. Коефіцієнт відбиття лазера показано нижче. Лазерне поглинання трьох чистих мідних порошків за умов 50 градусів і 150 градусів і витримки протягом 5 хвилин має невеликі зміни порівняно з лазерним поглинанням неокисленого порошку. Коли температуру підвищили до 250 градусів і витримували протягом 5 хвилин, лазерна відбивна здатність порошку значно зменшилася і досягла максимального значення при 350 градусах і витримувала протягом 5 хвилин. Ступінь лазерного поглинання трьох порошків чистої міді становив 61,7 відсотка, 68,3 відсотка та 64,8 відсотка для 5-35um, 15-53um та 40-160um при 350 градусах і витримці протягом 5 хвилин відповідно . Швидкість лазерного поглинання порошків Cu-0.8 масових відсотків Cr збільшилася з 30,5 відсотка до 41,2 відсотка та 42,3 відсотка після окислення при 50 градусах та 150 градусах відповідно та зросла до 76,9 відсотка та 77,4 відсотка після окислення при 250 градусах і 350 градусів, відповідно, порівняно з порошком чистої міді з таким самим розподілом розмірів частинок.
Коефіцієнт відбиття лазера на різних довжинах хвиль для різних порошків утримується при 50 градусах, 150 градусах, 250 градусах, 350 градусах протягом 5 хвилин відповідно (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160 um, d: Cu-0.8 масових відсотків Cr)
Висновок
Існує багато підходів до покращення швидкості лазерного поглинання металевого порошку, але на основі покращення швидкості лазерного поглинання порошку потрібно експериментувати, щоб перевірити, чи може це забезпечити якість сформованих деталей. Наприклад, чим менший розмір частинок порошку, тим вище швидкість поглинання лазера, але це не означає, що чим менший розмір частинок металевого порошку, тим краще, оскільки вибране обладнання для лазерного плавлення має певну товщину порошку, що наноситься, розмір частинок порошку. менше ніж мінімальна товщина обладнання не зможе належним чином укласти порошок, тому відповідний розмір частинок може дивитися не тільки на швидкість поглинання лазера; Для методів легування та модифікації поверхні існуючі мідні сплави мають зрілі системи, і вплив додавання мікроелементів на якість формованих деталей потребує експериментальної перевірки. Метод поверхневого окислення ефективно зменшує відбивну здатність мідного порошку до лазера, але для порошку, виготовленого з металевими добавками, чим нижчий вміст кисню в порошку, тим менша поверхнева активність, тим кращий ефект плавлення та вища щільність формування, хоча збільшення вмісту кисню зменшує лазерну відбивну здатність порошку, але вміст кисню в порошку слід контролювати в розумних межах.
Бібліографія: «Дослідження швидкості лазерного поглинання порошку міді та мідного сплаву та його лазерного плавлення та формування на вибраних ділянках», Шень Цзібяо, Науково-технологічний університет Куньміна
Якщо ви хочете дізнатися більше про MRJ-Laser, відвідайте:
Машина для лазерного очищення:https://www.mrj-laserclean.com/laser-cleaning-machine/
Машина лазерного маркування:https://www.mrj-laserclean.com/laser-marking-machine/
Лазерний зварювальний апарат:https://www.mrj-laserclean.com/laser-welding-machine/
