三维喷印成形青铜663工艺研究

【作者】 毛贻桅； 李敬文； 魏青松； 史玉升；

【机构】 华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室；

【摘要】 金属3D打印是增材制造领域的热门和前沿方向之一,也是当前航空航天、模具和生物医疗等重要领域应用最多、最受关注的发展方向。常用的金属3D打印主要包括激光选区融化、激光选区烧结、同轴送粉激光工程近成形等技术。但这几种工艺需要激光器、电子枪和精密镜片等贵重器件,设备造价高,且高能束逐点熔化微细粉末效率非常低。而三维喷印(3DP)利用数百甚至上万个喷嘴喷射成形,效率明显高于高能束工艺,且兼具低成本优势。3DP技术可快速低成本成形出金属零件初坯,经过高温烧结后的金属零件力学性能与铸造相当,可以满足部分领域使用需求。由于3DP成形金属零件技术近几年才开始大力研究,因此技术成熟度、理论深入度比SLM、LENS等技术还有不小差距。3DP技术成形金属的研究方向主要集中在新材料体系、成形参数、后烧结及热处理对试样的收缩率、孔隙率、微观形貌变化、相组织演变和力学性能的影响等方面。青铜663适于较高负荷、中等滑动速度下工作的耐磨耐腐蚀零件,选取青铜663粉末作为实验材料,研究3DP成形金属零件初坯的尺寸精度以及后处理烧结温度对零件性能的影响规律。简要介绍了三维喷印技术的成形原理,综述了三维喷印成形金属零件的相关公司;并利用三维喷印技术成形出青铜663初坯,同时研究了烧结温度对样品线收缩率、致密度、孔隙大小及形状、微观组织及力学性能的影响。实验使用水雾化青铜663粉末,平均粒径25μm,粒径基本呈正态分布;使用乙醇基酚醛树脂溶液作为粘结剂,液体表面张力33.01 mN/m,粘度11.3m Pa·s。实验结果表明:打印样品初坯尺寸精度在3%以内,X-Y平面表面质量要优于X-Z、Y-Z平面。使用管式炉烧分布在900、920、940、960、980、1000℃温度下烧结青铜663初坯,烧结样外形尺寸、密度、孔隙大小及形状、微观组织及力学性能发生明显变化。随着烧结温度的上升,样品收缩由均匀转变为不均匀;密度先上升再下降,最高为7.40 g/cm~3;孔隙数量逐渐减少,但是形状由不规则狭长状转变为近圆形,且单个孔面积增大;维氏硬度先增加在减少,最高为65.66 HV;960℃烧结后的样品最终拉伸强度为102.69 MPa,屈服强度为48.93 MPa,延伸率为8.46%,杨氏模量为36.51 GPa。更多还原