粉体脉冲微输送的微特性实验及其应用研究

论文摘要

激光熔覆快速成形技术集激光技术、计算机技术、数控技术、传感器技术及材料加工技术于一体,是一门多学科交叉的边缘学科和新兴的先进制造技术。为提高成形件的质量和精度,激光熔覆快速成形对粉体输送技术提出了较高的要求,一方面希望输送过程稳定、均匀、精确可控,另一方面希望尽量提高粉体输送分辨率。目前的粉体输送方式存在以下一些问题：机械结构比较复杂,磨损严重；粉末利用率不高；可控性普遍不高,通断不可控；粉体输送分辨率较低；粉体广适性差等。因此,研究分辨率高、稳定性好、可控性高、具有粉体广适性并且装置结构简单的粉体输送技术是值得研究的重要课题。本论文针对粉体脉冲微输送技术进行研究,首先进行理论分析,在此基础上进行大量实验,研究系统参量对脉冲输送微特性的影响规律,最后通过实验结论指导功能梯度材料的制备。取得的成果如下：以粉体在微喷嘴中形成的微拱为研究对象,得到了微喷嘴内静态微拱形成的两个必要条件,以及粉体在微喷嘴中的流动判据,在此基础上分析了粉体脉冲输送的过程,并定性地得到了粉体质量流量方程。选取粉体输送率Q与输送稳定性C·V作为粉体脉冲输送微特性的评价指标；构建了粉体脉冲微输送实验系统；得出了电压幅值、驱动频率、微喷嘴内径、输送角度4种系统参量对角形铬粉和角形TC4粉的输送微特性的影响规律；设计了正交试验,得到了各个系统参量对粉体输送率的影响程度大小,并对系统参量进行了优化；以铬粉为例,给出了粉体脉冲微输送中系统参量的确定与选择依据,实验表明了很好的输送效果。结果表明,粉体脉冲微输送系统能够输送流动性差的角形粉体,并且具有分辨率高、稳定性好等良好的输送微特性。构建了两路粉体脉冲微输送系统,通过实验验证了两种粉体可按一定比例精确稳定输送。在此基础上,制备出了Cu/Cr功能梯度材料、Cu/A1203功能梯度材料,并进行了相应的表征,表明了粉体脉冲微输送系统可以用于制备功能梯度材料。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 快速成形技术概述
• 1.2 激光熔覆快速成形技术
• 1.2.1 原理及系统组成
• 1.2.2 激光熔覆快速成形国内外研究现状
• 1.3 激光熔覆快速成形中的粉体输送技术
• 1.4 论文的选题意义与研究内容
• 1.4.1 论文的意义与来源
• 1.4.2 论文主要的研究内容
• 1.4.3 论文专用术语表与符号表
• 2 粉体脉冲输送过程中的微流动特性
• 2.1 粉体脉冲微输送的基本原理
• 2.2 粉体的流变学基本概念
• 2.3 粉体在微喷嘴中的微拱形成及流动判据
• 2.4 粉体脉冲微输送过程分析
• 2.5 粉体脉冲微输送的动力学分析
• 2.5.1 粉体流动的流型
• 2.5.2 粉体流动的质量流量
• 2.6 本章小结
• 3 微粉体脉冲输送的微特性实验
• 3.1 微特性评价指标
• 3.2 脉冲输送微特性实验准备
• 3.2.1 实验系统构成
• 3.2.2 实验材料
• 3.2.3 实验步骤
• 3.3 系统参量对脉冲输送微特性的影响
• 3.3.1 电压幅值对输送率的影响
• 3.3.2 驱动频率对输送率的影响
• 3.3.3 微喷嘴内径对输送率的影响
• 3.3.4 输送角度对输送率的影响
• 3.3.5 粉体脉冲微输送稳定性研究
• 3.4 系统参量对脉冲输送微特性的影响程度大小分析
• 3.4.1 正交试验的设计
• 3.4.2 实验与数据处理
• 3.5 粉体脉冲微输送中系统参量的优化与选择
• 3.5.1 系统参量的优化
• 3.5.2 系统参量的选择
• 3.6 本章小结
• 4 粉体脉冲微输送技术在功能梯度材料中的应用
• 4.1 功能梯度材料概述
• 4.2 系统构建与实验
• 4.2.1 两路粉体脉冲微输送系统构建
• 4.2.2 两路粉体脉冲微输送实验
• 4.3 功能梯度材料制备实验
• 4.3.1 Cu/Cr功能梯度材料
• 4.3.2 Cu/Al2O3功能梯度材料
• 4.4 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 创新点归纳
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录