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1、定向能沉积(DED)增材制造:物理特性、缺陷、挑战和应用(二)
3、激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
定向能沉积(DED)增材制造:物理特性、缺陷、挑战和应用(二)
其中,P为激光功率(J/s),ν为激光扫描速度(mm/s),d为激光束直径(mm),在吹粉DED过程中,原料通过沉积头喷嘴进入熔池,因此。
粉体质量流量是决定入熔池的原料量的重要参数,然而,进入熔池的材料量也取决于沉积头的移动,这相当于激光扫描速度,因此,激光扫描速度可以控制能量密度和材料进入熔池的数量,多项研究表明。
激光扫描速度影响熔池的凝固行为,因此,它显著影响了沉积材料的组织和机械性能,粉末流量和激光扫描速度的结合决定了每加入一定量粉末,一般来说,停留时间的增加会增加进入熔池的粉末的体积和能量的输。
从而产生更大的沉积物,然而,增加粉体密度并不是影响粉体集水效率的唯一参数,粉末原料的集水效率被定义为粉末在熔池中被吸收,材料的物理性质,如熔池温度、表面张力和粉末流动弥散特性也会影响集水,从而影响沉积物的几何性质,这些颗粒在表面停留了~ 0 ~ 600 µs。
然后被吸收到熔体中,在某些情况下,粒子在与已经存在于表面的粒子相互作用后从表面反弹,为了提供粒子速度分布的统计信息,我们从高速图像中追踪粉末轨迹(图5f),此外。
本研究还制定并实施了三相(气、液、固)计算流体动机,以确定控制颗粒碰撞、熔体池动机械和润湿性的机制,然后将计算流体动机械模型结果与316L SS中单个,总之,本研究有助于建立材料热物理性质、停留时间、粒度和温。
在基于激光丝的电火花线切割(EDD)技术中,这是一种基于填充丝的激光焊接技术,该工艺对激光束和焊丝之间的相互作用也很敏感,与激光-物质相互作用相关的研究结果不一定适用于粉末,因为这两种工艺不同,除激光功率、横向速度和送丝速率外,还有其他参数影响送丝器和激光束之间的相互作用,如激光/导线或激光/基板角度、相对于熔池的线头位置。
需要仔细调整,在加工过程中,金属丝通常通过球状转移、平滑转移或插入来沉积,基本上要求熔线尖端始终与熔池物理接触,以实现无缺陷沉积,(a)从材料设计到修复再到应用。
DED相对于PBF的关键优势示意图,(b) DED中微观结构、多界面、热循环、缺陷和残,(c)注入粉末、激光束和熔池之间的相互作用,在某些情况下导致熔池中形成小孔,基于激光粉末的DED涉及粉末输送在预先选择和控制的,粉末通过一系列喷嘴指向熔池,当粉末流从喷嘴流出并向熔池流动时,粉末流呈圆锥状。
同心的粉末流在接近熔池时汇聚,导致粒子间碰撞以及LB-P-MP相互作用,加热、熔化、汽化和凝固都发生在DED期间,因此,沉积材料的典型特征是层状结构。
经历多次热循环,通常包含气孔和残余应力,如图1b所示,在熔体池附近的区域,注入的粉末颗粒与激光束和熔体池相互作用。
如图1c所示,对流紊流与熔体池有关,在某些情况下,沉积条件导致“钥匙孔”的形成,这源自金属蒸气,有时是在使用非常高的激光束强度的条件下加工材料时产,与传统TEM成像相比。
零损耗滤波提高了粒子结构的对比度和分辨率,因为非弹性散射电子造成的模糊和色差被消除了(Rei,2008),然而,粒子内部结构细节在零损耗(弹性电子)图像中显示(见,由于其厚度为223 nm,0±5 eV)几乎不可见。
激光束冲击在沉积材料的表面,导致一个聚焦和快速移动的熔池在DED期间,为了更好地理解微结构演化的机理,不仅需要了解激光与熔池的相互作用,还需要了解熔池中存在的时空热场,监测沉积过程中的热基特征(如熔池温度梯度和冷却速度,可以预测显微组织演化特征(如枝晶臂间距和晶粒形态),因此。
非接触式热成像,如可见和近红外(IR)辐射测温法,可用于确定熔池的热特性和相关的冷却速率,参考文献:J,Manyika,M。
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Printbetter parts,Efficient Plant,17 September 2018,https://www.efficientplan,(a)计算出生长200 mm红外锗晶体的温度分布,(b)同一晶体中的von Mises应力不变量,然而。
考虑到熔池的体积小、热梯度大以及固液界面的快速移动,这仍然是一个艰巨的挑战,例如,当原料粉末在冲击到熔体熔池之前经历高温时,冲击过程中的局部变形及其相应的温度变化和微观结构会,高速摄影和热成像,以及数值模拟。
是重要的工具,可以用来描述衰减效应,粒子对激光束,粒子熔化,和粒子池相互作用行为在DED过程中,而高速热成像提供了与熔池附近的热行为(即热梯度和冷,激光-导线相互作用。
DED中的主要处理变量,在Inconel 718的DED中,激光能量密度被认为是一个稳健的参数,在相似的能量密度下会产生相似的材料孔隙率,然而,最近的一篇报道表明。
即使在Al-Mg合金的DED中有相同的能量密度,得到的材料密度也是不同的,结果的差异表明,比能量密度不能作为一个单一的稳健的过程参数,但一个应该考虑额外的因素,如原料材料特性和粉末质量流量,原料材料的激光反射率、导热系数、熔池表面张力等性能。
例如,为了完成铝基合金粉末的完全熔化,由于其固有的高表面反射率和高导热系数,需要较高的能量输入,激光沉积过程中激光能量的分配也与工作距离(WD)密,工作距离定义为喷嘴平面到沉积材料表面的距离,在沉积过程中,WD收敛到一个平衡值。
受到热能积累的严重影响,最初在粉末质量中,最终在沉积材料中,吸收的能量转移到熔池的粉粉沉积或消散到环境室如果粉,从熔池转移,如图4中所示c,d。
正确理解和最终控制d的热环境,有必要充分了解LB-P-MP的潜在相互作用,为实现良好的工艺稳定性,开发并实施了基于视觉传感和图像处理的闭环工艺监控和,用于基于激光线的沉积工艺,可以使用互补金属氧化物半导体(CMOS)相机监测沉。
视觉反馈有助于识别任何干扰并评估控制器的效率,金属丝尖端进入激光束和随后进入熔池之间的时间间隔取,当接触过多的能量时,金属丝尖端会过早熔化,形成熔融金属丝的液滴,导致形成“薄弱环节”。
而不是平滑转移的情况,如果送丝速度相对于熔池的能量输入过高,则焊丝可能未适当熔化,从而增加未熔合(LoF)缺陷的风险,对已发表文献的回顾表明,对控制激光束和导线相互作用的基本机制的研究仍然相对,需要进一步的工作,DED过程使用激光、电子束或等离子体/电弧形式的聚。
因此,用DED工艺制备的样品经历了重复的热循环和非常高的,在凝固时,会产生细小的、不平衡的显微组织和高残余应力,在某些情况下还会出现开裂,对于吹粉DED过程。
影响沉积材料的过程参数分为三个主要分支:(1)系统,(2)原料(在这个例子中是粉末)相关,(3)过程(沉积)变量相关,这些如图7所示,图7中所列的复杂的热历史和大量的工艺参数使得很难完,另一种热成像系统。
即双波长高温计,因其利用了两种不同波长的辐射相对强度的比值而受到了,这种方法的一个优点是,它独立于绝对发射率值,从而提供了更精确的温度测量,据报道误差范围在±6 °C之间,用成像高温计在1500 ~ 2500 K的动态范围,熔池的热梯度和冷却速率和周围地区来自温度剖面。
显示的温度梯度池的中心是102年∼ 103 K /,这102年的冷却速率是∼ 104 K / s d处,热成像方法的一个局限性是不能获得沉积构件的整个热历,特别是固化材料的温度变化,江苏激光联盟导读:。
江苏激光联盟陈长军原创作品,为了更好地理解和最终控制DED的热环境,有必要了解底层激光-粉末-熔体池(LB-P-MP),对控制DED的潜在机制的基本理解将有助于对随之而来,最终目标是优化材料的性能和性能,本节回顾了相关方面,如飞行中粉末颗粒加热、熔体池中存在的时空热场、颗粒。
简要讨论了热源-导线的相互作用,尽管这一领域落后于粉末的等效,图10 不同激光功率下实验与模拟单轨镀层的俯视图(,激光功率对Inconel 718镀层几何形状(c),图6 (a)在Ti-6Al-4V构建板上进行的单轨,(b)激光功率为250 W。
扫描速度为100 mm/s的DED模拟实验中,腔体、熔池、孔隙率和溅射的演化,来源:Directed energy deposi,defects,challenges and applicatio。
MaterialsToday,https://doi.org/10.1016/j,因此,通过这种方式,相机始终处于对焦状态,并且可以在不考虑x、y和z位置的情况下成像熔池。
采用原位高速热成像技术(如图4e和f所示),结合有限元分析(FEA),研究了WC-Co陶瓷在DED过程中的热行为,为研究影响微观组织演化的因素提供了基础,该图像以颜色显示,以开氏度表示温度。
而x轴和y轴上的值显示像素的图像大小,白色箭头表示激光束的横向方向,原位高速热成像可用于量化熔池附近区域的热梯度和冷却,而三维有限元则可覆盖整个熔池沉积区域,在不反弹的粒子通过激光束的情况下。
存在一个阈值z-高度,低于这个阈值粒子将浸入熔池中,高于这个阈值粒子将完全错过熔池,图7 DED工艺参数图,颗粒融化池交互,包括双模滤波器的平面传输带通滤波器的几种常用结构,两相流体的质量流量最好直接测量。
首先分离两相,然后用文丘里流量计或校准孔板分别测量液体和蒸汽的流,上图为文丘里流量计图,比较参数类似于Simchi的能量输入关系,然而。
它对于DED进程更有用,在最近的另一篇报告中,DED被用于Inconel 718的沉积[,结果发现,晶粒形貌、枝晶臂间距和孔隙率等微观结构特征(图9a,与变形形态相比,沉积态的Inconel 718的平均晶粒尺寸和枝晶。
这归因于DED过程中固有的高冷却速率,图9c-e为使用Ti-6Al-4V的多道实验中S的,增大S中粉末的流动速度会降低总能量输入,因为更多的质量被输送到熔体池中,这就需要更多的能量来熔化材料,图9 (a)激光能量密度对晶粒形貌和平均晶粒尺寸(,(b)沉积态Inconel 718的孔隙率 (c),(d)不同粉末流速下的初始沉积轨迹。
(e)不同流速下的沉积特征,用DED技术制造高质量的零件并不是一项简单的任务,熔敷过程与许多工艺变量有关,这些变量控制着沉积体的热历史和凝固,并显著影响着沉积体材料的组织、物理和机械性能,在本节中,主要的工艺参数决定了DED过程及其对沉积材料的显微,此外。
还讨论了当前和潜在的工艺优化技术,图5 粉末流(a)从喷嘴前端到基板,(b)从一个喷嘴捕捉粒子速度,(c)低速视频(10 kHz)提供(d) 100万,以识别喷雾的空间浓度,(e)在单道沉积过程中飞行。
(f)各自的粒子轨迹跟踪,和(g)中绘制的速度分量,在一项相关研究中,利用单波长高速数字电荷耦合器件(CCD)摄像机测量,利用650 nm宽带通滤光片和远摄镜头对沉积路径进。
316L不锈钢凝固界面温度为1650 K,激光功率达到275 W时熔池尺寸增大,这些结果表明,激光扫描的冷却速率为~ 103 K/s,在最低功率和最高扫描速度下可以获得最高的冷却速率,另一个实验研究涉及高速数字CCD摄像机的顶部视图的,这些研究中的相机是静止的,并且与激光具有相同的焦点。
Cunningham等人在最近的一项基础研究中,使用Ti-6Al-4V基板测量了单轨激光与材料的相,利用原位成像(图6a)可以看出,气相抑制和锁孔形成的演化依赖于输入的激光能量,研究发现,较低的激光功率和相应的输入能量会降低激光的有效钻速。
从而减少锁孔发生的次数,熔池的热行为,值得注意的是,与焊接工艺相似,DED工艺高度依赖于粉末原料材料的不同性质,包括化学成分、熔化温度、导热系数、反射率、比热容、,材料性能对沉积过程的高度依赖导致需要对特定材料的工。
近年来,各种数值模拟和现场监测技术伴随着闭环自适应控制被提,预测、关联和控制给定材料的最佳工艺参数,图8所示为组合梯度火箭喷管加工的原理图工作流仿真示,这种模型可以通过模拟热、凝固、显微组织和性能数值模,从而基于预先定义的几何形状和材料属性来确定最佳工艺。
基于模拟的最优工艺参数,结合现场监测技术和闭环反馈控制,按照预先设定的刀具路径执行沉积过程,激光功率、激光扫描速度(也称为横向速度)和粉末质量,另一方面,基于初步的材料特异性实验数据。
通常将舱口间距、能量源直径、z阶跃、工作距离等参数,这通常是通过沉积和分析单/双轨与各种加工参数集,基于实验的过程优化工具,如实验设计(DOE)方法,被认为是标准实践,DED工艺参数及其交联协同和拮抗作用直接影响沉积材。
虽然已有许多报道研究了DED过程相关参数对沉积态材,但交联作用之间的相关性尚未深入研究,本文讲述了DED处理相关的挑战,并对该技术进行了关键的展望,本文为第二部分,关键词:增材制造(AM),定向能沉积(DED),激光工程净整形(LENS™)。
激光-材料相互作用缺陷,有效能量密度E (J/mm2)和粉末密度F (g/,在相关的研究中,详细地研究了316L SS粉末和Nd:YAG激光器,数值和实验结果表明。
衬底吸收了30%的激光功率,反射了大约54%的激光功率,粉末的吸收率为11%,分散粉末的损失率为4%,沉积粉末的吸收率仅为1%,类似的结果在另一项关于粉末轨迹和停留时间在激光光束。
上图模拟了用于光学应用的200 mm晶体生长过程中,虽然温度分布看起来很均匀,但热弹性应力分布却呈现出截然不同的情况,在靠近固体/熔体界面的晶体边缘处,应力集中程度较高,很明显。
当超过一个临界应力水平时,这将是位错形核的有利位置,G为粉体质量流量,G /s,这些现象严重依赖于沉积材料的热和物理性能,以及工艺参数,包括激光功率和强度剖面、粉末流率、速度和轨迹,以及扫描几何形状和激光通过的频率。
因此,许多正在进行的研究旨在建立对控制DED的潜在机制的,以适当地对随之而来的微观组织、残余应力和缺陷进行自,最终目标是优化材料性能和性能,平面带通滤波器最常用的配置是直接耦合、平行耦合、数,其中一些如上图所示。
直接耦合谐振滤波器的长度过大,可以通过使用平行耦合的几何结构来减少,并行耦合可以更强,以实现更大的带宽,数字间组合和发夹线具有侧对侧腔间耦合方案。
如果抑制杂散响应,滤波器可以变得紧凑,此外,它们是窄频带设计的良好候选,该双模环形谐振器和方片谐振器可以同时诱导出空间上正,并由两条正交排列的输入输出线激发。
这两种模态之间的耦合是通过一个拓扑扰动来实现的,该扰动发生在对称轴上,相对于输入和输出线,迄今为止,这种先进而复杂的现场模拟-监测-控制方法仍被认为是,其中,对零件加工过程中形成的缺陷(如气孔、LoF缺陷、变,并有足够的响应时间是限制因素。
然而,先进的自适应控制和基于机器学习算法的现场监测技术的,在优化众多工艺参数、执行在线过程监测和控制沉积过程,激光材料的相互作用,通过三维数值模拟结合验证实验。
研究了Inconel 718中熔池和矿床几何形态的,结果表明,激光功率的增加不会影响熔敷层的高度,但会导致熔池宽度和穿透深度的增加(图10),激光功率的增加导致了熔池表面积的增加,从而提高了集水效率。
因此,增加的粉末质量分散在更大的熔池上,因此它对沉积高度的影响很小,图4 (a) 1000 W激光功率下,被加热的粉末颗粒在喷嘴出口处的热图像。
(b)几何关系,(c和d)根据Beer-Lambert定律和粉末喷,激光在飞行过程中被粉末吸收和散射,能量分配,(e)实验装置显示了位于DED系统上方的热测量系统,以及(f)当第5层沉积时,从顶部看的WC-Co样品的热图像,这就导致了一个不稳定的熔池的演化和过度的热能积累。
这可能会导致沉积材料中出现裂纹、气孔等缺陷,此外,熔化这些粉末所需的高激光能量也可能会影响沉积材料的,因为低熔点合金元素如Mg、Zn等会汽化,因此。
这种化学成分的变化可能会影响最终的显微组织、孔隙率,另一方面,激光能量不足可能会导致粉末原料无法适当熔化,导致沿圆周形成球化效应或空洞,注入的粉末颗粒从喷嘴中出现,并与激光束相互作用,根据工艺条件和局部功率密度,粉末在减弱激光束的同时吸收热能。
因此,粉末颗粒在向基体表面移动的过程中会被加热并可能熔化,这取决于存在的热场和动量场,图4a显示了粉末颗粒与激光束相互作用的热图像的一个,图4b所示的几何关系显示了粒子到达熔体时,轨迹和入射角对温度的影响,粉末颗粒向熔池移动时所吸收的热能取决于颗粒的密度和。
以及颗粒的形态和尺寸分布,在激光束中的停留时间和气体速度也影响了热传递,机上粒子加热,这两个参数共同控制激光的有效停留时间,并直接影响熔池温度、冷却速度和最终的显微组织,此外,粉末的流动速率影响了粉末固结面附近的激光衰减,从而间接影响了粉末的能量密度。
在最近的一项研究中,Traxel等人表明了一个比较参数S对于DED过程,其中S被定义为:,在另一项研究中,使用高速x射线成像来表征粉末流动和激光与熔池的相互,采用专门设计的DED仪对Ti-6Al-4V粉末的沉。
研究结果为激光-熔池相互作用对孔隙形成的影响提供了,图6b提供了气孔的形成和小孔孔的演化的有趣细节,图中还显示,熔池底部附近的空腔坍塌导致粒子从表面喷射(即,这被描述为溅射)。
一般情况下,溅射是由于蒸汽-等离子体羽流引起的较大压力梯度或反,有助于在DED过程中稳定熔池,可能导致表面缺陷的形成或表面粗糙度的增加,实验中,完全熔化的粒子被选择为一个质量建设的主要因素。
然而,所有其他因素,包括高宽比和建筑高度,都被视为次要指标,能量密度和粉末密度对AISI M4工具钢单层沉积高。
结果表明:镀层的平均层高随能量密度和粉末密度的增大,此外,可以观察到线性相关,从而可以预测给定能量和粉末密度下的沉积高度,在EFTEM中。
10 eV的窗口分别位于0、10、15和25 eV,在0 ~ 25 eV范围内,能量滤波下的对比度调整揭示了熔融单晶α-Al基体的,其中包含多个10 ~ 20nm的Si析出相(1)、,以及缺陷空洞(4),由于液体通过含有合金(5)的5- 15纳米厚的氧化。
并在熔化过程中破裂,图8 结合有限元模拟、现场监测和反馈控制优化工艺变,上图给出了焊接电压和电流输出的金属过渡模式函数,它们的值直接影响熔滴过渡模式和过程的稳定性,从而决定了电弧过程的类型。
传统电源的主要困难在于控制过程中的这些变量,电子和数字控制提高了电弧的精度,20世纪90年代,计算机的发展使设计特殊波形成为可能,目的是改善电弧和金属沉积的时机,现场监测可以提供工艺参数对粉末流动影响的关键信息,包括激光-熔体池相互作用、激光-颗粒相互作用、熔体,使用高速摄影机进行了一项研究。
以测量飞行中粒子之间以及与熔池之间的相互作用,为分析和理解颗粒熔化和颗粒池相互作用的DED过程提,图5显示了粉末颗粒移动和撞击熔池时的一些显著细节,结果显示,单个粉末到达熔体表面,导致波纹的形成,在高冲击的工业应用中。
3D零件的DED加工及其独特的功能如表面覆盖和修复,高效的工艺优化成为必要,然而,尽管许多研究试图描述各种DED工艺参数对沉积材料的,但对其调控机制以及它们之间的协同和对抗相互作用尚未。
上述高速成像等可视化技术仍在不断改进,并提供了关键的新功能,有助于深入理解与激光材料相互作用和DED材料加工过,例如,控制孔隙形成和残余应力演化的机制是什么,我们预计,在制造日益复杂的DED组件的需求推动下,新的和更复杂的可视化技术将继续发展和成熟。
功能梯度复合材料、定向凝固部件和非平衡微观结构的最,这些通常需要工艺参数的不寻常组合。
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最后衬底显出红晕,如同太阳的光辉,明场下的照片,仿佛大树正茁壮生长,仿佛受到了中间太阳的吸引,(图片未经过后期处理)【专家点评】作品拍摄效果良好,未经处理已非常美观,进行简要的组织分析效果更佳。
霞光万道下,郁郁葱葱的大树,很有印象画的风格,画面唯美,SiO2层的腐蚀行为呈现独特的形貌结构。
不过层深应该是200mm,不是200nm,作品描述能够反映金相形貌,想象力丰富,色彩饱满,层次分明。
极具艺术性,如果是未经处理的照片,确实不错,但是还有有点怀疑是不是原始图,金相图中SiO2被腐蚀后形成的如树木的图像栩栩如生,衬底显现的的如阳光普照的图像也非常自然,显微状态下。
太阳普照,生活无处不在,我们的研究工作是充实的,色彩斑斓的,【9张雪巍】材料介绍:SiC增韧纤维,仪器设备型号:TESCANVega3钨灯丝扫描电镜,作品描述:在扫描电镜二次电子下观察SiC纤维表面沉。
观察到气相沉积法形成SiC小球生长在纤维表面,形成了与基体紧密结合的SiC小球,如雨后沾露的春笋,清丽莹润,暗育生机,【专家点评】作品拍摄精心细致。
将SiC小球充分的展现给观者,若简要介绍与基体紧密结合的SiC小球的作用更为佳,图片清晰,美观度较好,立体感强,画面生动,学术性一般。
作品描述活泼,很好地将SEM照片形貌与大自然现象对照,增加了艺术性,立意较好,但如能显示更多的小球生长。
则美观性会更好,犹如雨后春笋,有意思的图,与雨后沾露的春笋相比,还不够像。
图片干净,很多时候简单的也许才是最美的,【15毛虎】作品名称:脚踏实地,仪器名称:透射电子显微镜(TEM)明场像,作品介绍:熔炼得到的Ti3Sn微观组织形貌,外形酷似一个大脚印和一阶梯,预示着科【专家点评】脚印的科研道理,若稍加分析组织与性能或该材料的应用会更加完善。
TEM照片清晰,成像质量较好,具有很好的学术价值,作品描述尤为精彩,提升了整个作品的立意,两张图才能表达一个意思。
缺乏一定的融合性,一步一台阶,科研确是如此,“阶梯”貌似是孪晶,如能将“脚步”的信息做详细的介绍就更好了,寓意不错。
但美观度有所欠缺,【20牛刚】材料:高强度耐腐蚀弹簧钢,仪器:Qutanta FEG 450热场发射环境扫,作品描述:这是腐蚀初期的腐蚀产物形貌,它就像在婚礼举行时刻,丈夫给妻子的左手带上那一刻充满爱意的戒指。
【专家点评】爱的戒指,图片拍摄效果很好,作者具想象力,未描述腐蚀产物形貌与应用的关系,图片立体感强。
画面清晰,美观度较好,学术性好,作品描述较好,图片不能充分反映作者描述的意思,犹如婚戒手上戴,枯燥试验和生活诗意结合。
非常完美,想象的意境,让人萌生爱意,美感略显不足,视觉上并无作品介绍的感觉,反而“骨感”度太高。
【8高一鸣】眼中的星空,材料介绍:锆4合金棒材横截面电子束焊点彩色微观组织,仪器设备型号: AXIO Observer Z1m,作品描述:通过TECHMETI Norma6015,通过金相制样、蚀刻后拍照得到作品原图,在电子束的作用下。
焊点处的合金熔化,由于焊点内外的冷却速度不同而造成合金组织产生类似人,也宛如星空一般复杂、璀璨,最终经过Photoshop编辑得到最终作品,该作品典型的说明了电子束焊接对于锆合金三区的组织所,同时也表达了金相人眼中的微观世界也可以是如此绚烂。
微无不至,【专家点评】作品拍摄效果独特,画面美观、壮观,充分展现了微观世界的美丽,作品描述详细,照片清晰,且将不同分层组织都很好地表征了出来,配合后期处理。
画风立变,令人拍案叫绝,学术价值丰富,对于理解电子束焊接后的锆合金组织大有裨益,作品描述丰富,既有理性的金相分析,也有画龙点睛式的点评,令人印象深刻。
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使用仪器:ZEISS OperatingManua,组织说明:水泥磨机上的衬板,使用几天后碎裂成块,取样分析时发现有较多的非金属夹杂物,形态不同,颜色各异,这是其中的一颗分别在明场、暗场和正交偏光下的特征。
作品描述:非金属夹杂物是一个庞大的家族,这个家族种类繁多,色彩丰富,在不同的照明方式下具有不同的特征,请张开您想象的翅膀,让思绪飞向远方,看看明场下是不是有点哈伯太空望远镜拍摄的火星的感觉。
暗场下晶莹剔透飘飘悠悠如观光人类的神秘的宇宙来客,正交偏光下彩色绚丽夺目,犹如在太空俯瞰的地球上的极光,【专家点评】失效分析中的美丽,图片立体感强。
作品描述完整,画面很美,PS后的明场暗场偏光各不相同,给人无限遐思,学术价值一般。
作品描述精彩用心,渲染重点偏移过度,很难抓住重点,处理过当,有在浩瀚的外太空看星球的feeling。
【1静永娟】材料介绍:Ti6Al4V 合金钎焊接头,基体材料:(α+β)双态锻造组织Ti6Al4V合金,钎料:自主设计成分并申请国防专利的钛基钎料,设备介绍:采用电子背散射衍射(Electron B,简称EBSD) 技术对钎焊接头进行界面组织分析,设备为扫描电子显微镜。
JEOLJXA 8200,作品描述:主要反映了钛合金钎焊接头织构和基体织构现,照片中微观组织包括两部分:基体组织和界面组织,界面位于图片中心,宽度约为200um,基体位于界面两侧。
界面组织为完全魏氏体组织、界面组织均匀并晶粒尺寸细,界面晶粒晶体结构包括HCP 和BCC两种,其中HCP 结构的晶粒体积分数为93%,照片尤其反映了钎焊界面织构现象,如图中位于界面连续存在的绿色晶粒,其取向为[110](BCC)即[10-20](HC,[10-20](HCP)为密排六方晶体的软取向,有利于缓解静载荷、特别是循环载荷下界面微区内力的传。
抑制接头脆断,提高接头强度和疲劳寿命,测试证明具备该组织特征的接头其静力下强度与基体等强,基体组织(Ti6Al4V 合金锻件)经钎焊后未发生,保持(α+β)双态组织形貌,照片同时反映了目前已满足工程应用要求的Ti6Al4,如图片右侧红色区域。
此织构为[001](bcc),织构尺度为200 X400 um,该发现有力解释了基体材料在材料复验时出现的力学性能,【专家点评】该作品图片大方、美观,作品描述清晰,组织分析有理有据,更为科学的评价了该材料。
也为合理的使用该材料提供了可靠数据,EBSD图片清晰,分辨率高,美观度较好,通过EBSD实验分析了钛合金钎焊接头织构和基体织构,对于理解该接头的力学性能有着较大的学术价值。
作品描述清楚,但过于学术化,缺少更多的艺术价值,科学性较强,画面较立体,但艺术性需进一步挖掘,犹如漂亮的毛毯,图片技术解释很清楚。
图片很漂亮,有看万花筒的意境,很大的想象空间,【18由建行】饱和苦味酸溶液+洗涤剂在试样表面冷却,犹如水中飘逸的水草。
仪器:4XC金相显微镜,ZG35CrMO,调质状态,用腐蚀剂腐蚀晶粒度时所拍,【专家点评】图片拍摄效果独特,作品描述未分析组织与钢材性能的关系,图片风格飘逸。
唯美的冷色调,纤毫毕现,犹如山水泼墨,美观性好,学术性较好。
作品描述一般,画面立体感较强,但水草似乎是苦味酸和洗涤剂的结晶体,非钢材本身晶粒组织,犹如水草水中飘,作品具有很强和美感和新颖性,但不够精细。
样品表面有多条划痕,影响了整体效果,从金相技术性考虑,难度不大,金相图很形象,但美感略显不足,原图有很高美感,如果有配色的图片感觉会更美。
【4邢啸泉、王秋琳】SEM拍摄,此为化学水浴法制备的CdS薄膜,并在薄膜表面生长出CdS花状结构,应用于薄膜太阳能电池的缓冲层,碧水瑶花:丝丝,潺潺。
芬芳,情怀,碧水凝,小晕开,你轻轻走过,留我在你怀抱肆意。
我骄傲绽放,任你在我心间流淌,【专家点评】碧水瑶花,科研中收获的美丽,图片拍摄效果好。
作品描述完善,画面清新,犹如水中之花,大自然是最美的造物主,才能于宏观微观中得到如此美好的图景,学术性较好,作品描述尤为出彩,才气横溢。
有诗人之风,美观性强,渲染到位,描述有意境,更像水中漂浮的花,后期处理效果很好,形象,有趣。
确实如一朵刚刚开放的花朵,花形独特,花瓣薄如蝉翼,是花仙子绚丽的衣衫,令人心旷神怡,【2吴钱芝,孙中文】怒放的生命,没有一种奇迹称为不朽。
没有一种生命称为传奇,它是龟裂大地母亲孕育出来的希望,然而它并没有“飒飒西风满院栽”的壮阔,亦没有“不随黄叶舞秋风”的随遇而安,似乎在她的世界里没有四时之景和阴晴冷暖,在龟裂母亲的孕育下她只知道自己是以为没有时间和空间。
掩卷沉思,这样的生命曾经在我们漠然的冷视中挣扎,又在生命与生命的交融中被唤醒良知,她的可贵,不禁贵于在世的存在,更在于生命能唤醒人性。
怒放另一孤注生命的那一团火,在她的世界里只有拼命地活下去,又因为只有她的存在才能体现出怒放Co(OH)2是生,曾几何时,这不正是我们这些浮躁之人所需要的么,因其特殊的空间层状结构,从而具备良好的氧化还原性和突出的电容性能并且其资源。
环境友好,是近年来人们研究较多的对象,成为有望替代贵金属氧化物RuO2的电极材料,Co(OH)2其比电容理论数值≥2600F/g不同,图中的花瓣状Co(OH)2测试其比电容,电流密度为5mA/s时,其比电容为372.7F/g。
而电流密度10mA/s时,比电容为310.6 F/g,【专家点评】图片拍摄效果好,作品描述角度新颖,新型的电极材料为生产生活带来便利,SEM照片清晰,画面唯美,学术性较好。
作品描述用心且贴切,能从中读出力量,升华了作品立意,印象深刻,主题鲜明。
描述得当,艺术性较强,图片漂亮,创意很好,图文匹配的很好,既能看到有趣的图片,又能了解图片后的故事。
甚好,作品介绍比作品本身更美,直接的视觉刺激(盛宴)也许会带来更进一步的思索,【19曾伟传】材料介绍:409不锈钢板材,仪器: ZEISS Axio Vert.A1,作品描述:409不锈钢为铁素体型不锈钢。
在做晶粒度检查时,制样抛光过程中试样检查面未清洗干净,使检查面上局部留下了抛光时的痕迹,随后经硫酸铜、盐酸、无水乙醇混合溶液腐蚀后,惊奇的发现抛光时留下的痕迹与晶粒及晶界和谐的组成了。
经修图后神情更加形象,仿佛大熊猫在闻闻这竹子真是清香,简直萌萌哒,【专家点评】图片拍摄效果独特,作品描述详尽,但金相图片的应用性不强,409不锈钢的金相原本朴素无奇。
经腐蚀后,妙手偶得熊猫吃竹情景,画面感强,美观性好,学术性一般,作品描述清楚。
语言生动,组织较清晰,但熊猫眼睛部位修图过大,且作者描述的吃竹子有些勉强,也可以说是形似兔子,更像兔子啃萝卜。
作品虽然很萌,但脱离了金相照片所追求的技术内涵,仅仅考虑了图片“美”的效果,本人认为此类照片,除偶然获得外。
完全可通过精细设计获得,这样也就失去了金相照片的本质内涵,很形象,很有趣,作者童心“泛滥”,创新思想的产生就是要有幼儿期的无所知、无所畏,天马行空。
【5周东升,丁杰】水墨杨梅—TiO2纳米球的可控制备与合成,材料介绍:TiO2由于独特的物理化学特性在物理化学,尤其在环境治理方面,由于和形貌相关的材料性质的不同,不同形貌的TiO2在降解水中污染物方面的性能也大不。
将一定量的钛酸四丁酯加入到适宜pH值和适量的HF酸,采用水热的方法,通过调控实验的温度即可得到——TiO2纳米球,该法具有简单易操作且合成的TiO2纳米球具有形貌和,仪器:拍摄仪器:SEM。
作品描述:图中大小不同的TiO2纳米球是材料在形成,通过将大球和小球分别着上红色和墨绿色,正好与杨梅的不同发育阶段相吻合,图中上色为黑色的部分,原为图中破碎的球和原料团聚的部分,通过PS处理,将它们巧妙的转化为水墨画中杨梅的枝叶部分。
这样更加凸显了杨梅的美,不同杨梅的点点红和淡淡的墨绿彰显了杨梅强大的生命力,也预示着即将到来的丰收,图中的两句打油诗“西子湖畔烟水绿,求是园中杨梅红”使得整幅图片更加具有山水画的特点,也更加契合主题。
【专家点评】图片美观,结合中国元素与诗歌,想法新颖,作品描述了TiO2纳米球的应用,若着重介绍其中一点的应用,比如在环境治理方面的贡献会更为出彩,SEM项目成像清晰。
尤其PS后的图片唯美,配合点评诗句,宛若置身山水之间,学术价值较好,作品描述显示有文学功底,点评锦上添花,为一个金相观察佳品,图片美观。
且作者描述恰当,艺术性强,犹如漂亮的杨梅之果,原图拍摄质量一般,后期处理较好,形象。
有趣,TiO2粉体颗粒形貌的均匀度略有欠缺,稍显遗憾,【11王灿】Q235热浸镀锌试样铁锌过渡层的彩色金,材料为Q235热浸镀锌的试样,彩色金相的使用时铁锌过渡层的相染上了不同的颜色,区分度明显且相当美观。
使用的设备是ZEISS Primotech金相显微,【专家点评】作品很好的展现出热镀锌过渡层的美观的金,若稍加描述组织与性能的关系更佳,金相照片质量好,很有立体感地体现了铁锌不同层的组织。
学术性较好,作品描述较为清晰,图片质量较高,但如能充分联想,辅以艺术性描述,效果会更好。
图片描述挖掘不够,样品边缘划痕较多,没有给出图片主题,有远处看山川的意境,【13赵泽良】材料:CoCrPt-TiO2-SiO,仪器:JEOL 6490 SEM。
二次电子相,x500倍,简介:CoCrPt-TiO2-SiO2为添加了氧化,其溅射靶材为粉末冶金方法制备,在磁控溅射过程中部分靶材材料会随磁力线返回到靶材的,本图显示部位为靶材边缘。
其总体成分与靶材配比相当,由于各成分的比重相差悬殊,沉积到靶材会形成分层,其中衬度越亮的材料比重最大通常为富铂层,颜色最深为氧化物层。
该二次电子相显微结构图里展现出一幅惟妙惟肖的中国山,有山有石,有林有木,微观世界与山水艺术并无二致,令人叹为观止,【专家点评】颇具中国风的金相图片让人眼前一亮。
金相图制作精细,唯未描述分层对该种磁性储能材料性能或应用的影响,美观度高,令人过目难忘,沉积分层界面清晰,对于分析磁控溅射靶材沉积物形貌及成分分布有帮助。
具有一定学术价值,作品描述贴合画面,点评恰到好处,是一个好的金相作品,层次感强,有意境,可进一步颜色渲染。
犹如群山,能给图片取个名称吗,的确像一副中国山水画,有山有石,错落有致,一幅充满想象的水墨画,【10黄兰】材料:Inconel 718 球型粉末。
粉末粒度约50微米,仪器:ZEISSULTRA PLUS超高分辩率扫描,作品描述:上天揽月,高镍合金3D打印用球形粉末表面形貌分析观察时偶然发,能在如此微细金属粉末的观察视野中出现此番景象实属不,貌似宇宙星球掌控在手的感觉。
【专家点评】作品拍摄的很壮观,视角独特,专业性强,高镍合金3D打印用球形粉末能够拍出如此奇特的照片实,更妙的是正好有五根手指环绕,美观度很好,学术性较好,作品描述脑洞大开。
具有较高的艺术性,图片美观性很好,立意新颖,但形貌形成机理可进一步解释,上天揽月不一般,能捕捉到如此图片,实属不易。
特别是上面还有一个小球,图片自身质量也较高,有趣,给我一个支点,我可以撬起整个地球。
科学技术的持续进步,让人类掌控宇宙星球,3D打印会改变我们未来的生活,科学技术是掌控未来最有力的的杠杆,【16徐士新】微观世界的埃菲尔铁塔。
材料:高锰钢,仪器:日立S-3400N扫描电子显微镜,描述:高锰钢在1200℃(2%O2+98%Ar气氛,氧化物的晶须像矗立于微观世界的埃菲尔铁塔,【专家点评】图片拍摄视角独特,若稍加分析组织形貌与性能之间的关系会更完善,本作品生动体现了“妙手偶得”之美。
微观世界巧夺天工,令人惊喜,高锰钢氧化物的晶须形貌跃然纸上,具有较好学术性,作品描述简明扼要,有一定新意。
但缺少渲染,艺术性不够,犹如埃菲尔铁塔,漂亮,有趣,有点杂乱。
【12张雪伟】材料介绍:球形包覆颗粒,仪器设备型号:ZEISS Observer Z1m,作品描述:球形包覆颗粒赤道面磨抛腐蚀后的微观形貌,颗粒由多种不同硬度的材料包覆组成,利用金相显微镜在明场下采集,包覆材料的结构如同地球的地心、地核、地幔、地壳、层。
效果明显,【专家点评】作品充分展现了球形包覆颗粒的微观形貌,效果明显,若简要描述不同硬度包覆材料的作用会更佳,画面清晰美观。
具有一定学术价值,作品描述具有想象力,给人美的享受,有一定的新意,但缺少色彩渲染,艺术描述也需加强,犹如地球结构,非常完美。
如后期能处理效果更佳,该金相图片形象地反映了地球的结构,十分有趣,是在孕育生命吗,【6王英姿 】水热法制备氧化锌纳米棒,自组装成花状三维结构,该结构性能稳定,比表面积较大。
拍摄仪器:扫描电子显微镜,型号:QUANTA FEG 250 热场发射,【专家点评】图片拍摄效果好,充分显现出三维结构图,若稍加介绍应用会更完善,氧化锌纳米棒呈花状结构,画面美丽。
学术性较好,作品描述朴实,可进一步渲染,漂亮之花,图片花形很美。
拍摄质量一般,参赛作品中花装作品多为粉体材料,审美角度较21号和27号(注:指投票标号)作品略差,【7姚丽娟,朱满,法阳】照片描述:此系列照片为利用快速凝固甩带方法制。
采用FEIQuanta 400场发射扫描电镜拍摄,拍摄时间条件等见原始图片,Fe-Co-Ni系列高熵合金具有良好的磁学等性能,作品以组织形貌为基底,通过PS过程进行了上色等处理,作品也是在偶尔下发现的组织状如蘑菇。
不知道还在辛勤学习工作的你,是否饿了呢,【专家点评】作品充分展现了合金腐蚀后的组织,图片美观,但未阐明该组织对磁学性能的贡献,图片美观度好,蘑菇状组织栩栩如生跃然纸上,体现大自然鬼斧神工之妙。
高熵合金为目前热门的新型金属,组织结构尚未得到很好的研究,因而学术性好,作品描述清楚,是一个好的金相作品,图片配色尚可。
有一定的观赏性,但科学性需合理解释,米饭上的青菜蘑菇,食欲大开,样品原图从对比度、边界等的拍摄质量较高,上色后美感强烈,很形象。
很有趣,原图观感较差,原图是根本,修饰过多,入围奖,赶紧报名,材料科学网第四届材料微结构大赛,展示自己吧。
【14王子豪】材料名称:微米花状硫化铜晶体,仪器:日本电子JSM-7800F扫描电子显微镜,材料介绍:溶剂热法合成六角形花状硫化铜晶体,延长加热时间并提高加热温度,使晶体的组装速度加快且组装时间延长,使得晶体组装更加复杂且具有层次性,晶体的粒径在10 μm 左右。
形成的晶体表面片状层非常致密,【专家点评】黑暗中绽放的蓝色玫瑰,别具一格,若稍加介绍微米花状硫化铜晶体的应用价值会更为完善,SEM照片形貌清晰。
修饰后的照片有“蓝色妖姬”之美,学术性较好,作品描述较为清晰直白,有一定观赏性,但文字描述可加强,犹如漂亮的花朵,这一类图片技术难度较少,形象。
有趣,逼真,实验过程精心设计,创造出精美绝伦的花朵,工作的充实给生活带来美的享受。
他或她收到这样的礼物会有怎样的惊喜呢。
激光定向沉积过程中难熔高熵合金的原位X射线和热成像(Ⅰ)
激光辐射与粉末床相互作用区示意图概述,1.1动机和高熵合金加工,上图给出了具有代表性的退火合金在抛光状态下的扫描电,还可以通过高速硬X射线成像获得熔融池中粒子的停留时,该测量的示例如图5所示,正如Haley等人(2018)观察和测量的那样,X射线图像可以显示穿透熔池表面的粒子的停留时间。
而不是在表面熔化的粒子,颗粒从图5a中的喷嘴喷出,并冲击图5b中的熔池,该颗粒的熔化开始于时间t0+100μs(图5b中),结束于时间t0+800μs(图5f中),因此,该颗粒在熔池中的停留时间(熔化时间)为图5b和图f。
对于大多数钼粉,通过考虑颗粒半径的减小来计算停留时间,因为在本研究的实验条件下,它们没有完全熔化,六种多组分合金退火组织的背散射电子显微图:(a) ,(b) CoCrFeMnCu,(c) CoMoFeMnCu,(d) TiCrFeMnNi。
(e)CoVFeMnNi,和(f) CoCrVMnNi,(a)中分散的小黑点是氧化物颗粒(主要包含Cr和M,这是由于原料中存在的微量氧,也可能是电弧熔化过程中的污染造成的,Yuan等人(2017年)在稀土金属HEA中测量了。
与传统合金相比,某些HEA和CCA的性能有所改善,这引起了人们对极端环境中需要材料性能的应用的兴趣,如高超音速和核应用,具体而言,HEA(RHEAs)难熔金属类中的几种合金在高温下,包括Senkov等人(2011)报告的经常研究的等,正如Senkov等人(2010年)所述。
由于固溶体硬化,RHEAs的维氏硬度值也比纯元素的维氏硬度值高得多,根据图1所示的SEM图像,使用ImageJ软件通过将每个粒子近似为椭球体来收,手动测量每个元素粉末中的至少200个粒子,表1显示了本研究中使用的元素粉末的几何性质。
包括平均大/小直径和长径比,而表2显示了本研究中使用的元素粉末的热物理性质,如熔点、密度、导热系数、热容、熔化热、,热扩散率和热膨胀系数,当前工作中的DED装置包括集成了激光扫描仪的镱光纤,以及来自powder Motion Labs的静电。
如图2b所示,更多细节见Wolff等人(2020),将等摩尔混合粉放入料斗中,送入内径200 μm的喷嘴,为了用氩载气沉积粉末,将粉末从料斗加到喷嘴的圆盘脉冲时间设定为0.1 m,氩气载气将粉末推入熔池作为保护气体的气体脉冲持续时,喷嘴与x射线束以相对于基体表面60度的角度对齐。
载氩气流量为10 ~ 6 m3/s,压力为172 kPa,利用高速高分辨率硬x射线成像技术,可以捕捉激光-物质相互作用的动力学过程,如粒子运移轨迹、粒子运移速度和粒子在熔池中的熔化过,对于每一种类型的分析,在这项研究中都追踪到了超过100个粉末颗粒,通过裁剪和改变ImageJ中的亮度和对比度。
对高速x射线图像进行处理,以更好地显示流动或熔化池,这是Abràmoff等人(2004)提出的,因为不同的粉末在x射线图像中表现出不同的特性,2.3。
红外热图像分析和定标,近年来,在合金开发领域,对高熵合金(HEAs)和更广泛的由多个主元素组成的,正如Steurer(2020年)所指出的那样。
在2004年至2018年期间,发表的关于HEAs的文章数量呈指数增长,尽管Gibb相律表明多组分合金的热力学平衡中可能存,但在实验中,观察到的相数通常远小于Gibb相律预测的最大值。
并且HEA和CCA通常仅显示单相固溶体,正如Otto等人(2013)所报告的那样,例如,当使用单一的预合金粉末(如SS316,Ti-6Al-4V)进行DED时,传入粉末与合成沉积材料具有几乎相同的本构性能。
这表明,在熔体池中凝固前粉末的熔化和混合程度对合成材料的本,相比之下,通过DED进行原位合金化时,单一种类的入料粉末的本构性能可能与其他粉末种类和沉。
例如,当使用元素“A”和元素“B”的粉末打印时,元素A、元素B和A + B合金之间的熔点、导热系数,同样地,如果一个元素或元素B的粒子进入熔池在沉积和没有完全,生产材料是化学不均匀分散元素a和B的粒子(缺陷)在,这可能会导致与没有这些缺陷的a + B合金相比,具有本质上不同的性能的组织。
图4 (a) Nb粒子,(b) Mo粒子,(c) Ti粒子和(d) V粒子在进入熔池前的最终,参考文献:M.D,Abràmoff。
P.J,Magalhães,S.J,Ram,Image processingwith Imag。
Biophotonics Int.,11 (7) (2004),pp,36-42,N。
Araki,T.Baba,H,Ohta,M,Ogawa。
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T,Yamane,D.W.Tang,Thermal diffusivity measu,Int,J,Thermophys.。
26 (6) (2005),pp,1873-1881,图1 使用了Mo、Nb、Ti和V粉末的扫描电镜图像,由于控制金属AM的大量快速发生的现象,先进的表征技术如高速x射线成像是理解过程不可或缺的。
Zhao等人(2017)在阿贡国家实验室首次利用基,使用先进的光子源(APS),Parab等人(2018)在激光粉床融合(LPBF,进一步扩展了这一技术,1,介绍,在本研究中。
在校正红外温度值后,使用两种方法跟踪熔池,在第一种方法中,将发射率设置为一个恒定值,即所有红外帧发射率值的平均值,并根据该恒定发射率值计算红外温度,在第二种方法中。
通过考虑每个红外帧的发射率随时间t的变化,基于各自的帧发射率ε计算每个帧中每个像素的红外温度,2.1.元素粉末及其特性,基片由激光辐照和加热,导热主导传热过程,当基体温度局部高于熔点时。
产生液态熔池,熔池表面出现高温梯度,由此产生的“马朗戈尼力”驱动液态金属流动,由于熔池随激光光斑运动,熔化和凝固过程不断演化。
因此需要考虑二元固液相区相变潜热、传热和流动行为,热通过对流和辐射从产品传递到周围,材料的性能(包括热物理性能和机械性能)取决于温度,激光、粉末和熔池的相互作用,包括衰减效应。
目前还不完全清楚,如上图所示,基于熔池的传热、传质和动量传递,建立热模型,揭示现场监测无法揭示的熔池内部关键信息。
该方法结合了x射线和红外数据来计算更精确的温度,实验过程中红外相机帧率设定为10000帧/秒,帧空间分辨率为128 × 128像素,红外探测器的像素大小为30 μm,每个像素测量的 温度定义为整个像素区域的平均温度,在数据采集过程中。
红外相机配备了一个滤光片,其辐射温度范围在537 K至1567 K之间,通过DED扩展原位合金化的应用需要了解不同元素粉末,然而,由于金属AM过程中产生的高温和快速凝固速度。
很少有原位实验技术可以探测到沉积和凝固过程中熔池内,然而,正如Tang等人(2021)所证明的那样,在DED期间进行原位同轴熔体池监测的应用越来越多,它可以揭示温度分布、熔体池流动和粉末掺入情况,此外。
相对较大的熔体池尺寸和凝固时间尺度会使原子建模在计,而根据Stender等人(2017)的报告,与连续尺度建模相比,由于捕捉单个颗粒熔化和流体流动所需的精细网格要求,有限元建模技术也会遇到类似的困难,然而,Gould等人(2021年)使用的样品是由一种材料,而在本实验中。
样品是通过在Ti64熔池中合金化四种不同元素制成的,为了简化,假设边界上的金属为Ti64,这是本研究中所有材料中熔点最低的,该假设提供了校正温度的近似值,而不是通过忽略边界处其他元素的存在而得到的绝对值,此外,Gould et al.(2021)中的方法假设发。
不考虑发射率随时间的变化,然后将公式1外推到所有帧的其余红外数据点,Wolff等人(2021)证明了高速x射线成像在实,并揭示了该过程中的孔隙形成机制和动力学,Gould等人(2021)进一步扩展了该技术。
将原位高速红外(IR)成像纳入系统,允许同时观测地下特征,如缺陷形成和表面温度,Guo等人(2020)利用APS上LPBF的x射线,发现熔体池内的流动模式因参数和位置的不同而不同,Chen等人(2020)利用x射线成像观察了在LP,将Inconel 718粉末混合到316H的SS基。
发现了凝固过程中的偏析和开裂,1.2定向能沉积(DED)的RHEAs,2.4. x射线图像分析,正如Brif等人(2015)所述,增材制造是一种很有前途的HTP技术,它也可以制造具有复杂几何形状和优越本地化性能的HE。
而不是批量和同质零件,一种特别有前途的增材制造(AM)工艺是使用定向能沉,它不同于依赖成分梯度(如组合薄膜、扩散偶)的技术,允许研究人员生产离散的和任意体积的目标合金成分,Moorehead等人(2020)使用Mo-Nb-,Gu等人(2021)总结了DED用于HEAs的优点。
如优异的机械性能、元素偏析和晶粒细化,Melia等人(2020)证明了利用高通量DED加,发现在很多工艺空间内,存在未熔化粉末和脆性断裂和开裂等缺陷,来源:In situ X-ray and ther,Journal of MaterialsProce,采用316l (Höganäs,直径分布为40 ~ 150 μm)的商用粉末进行L。
金属粉末的粒径分布不均匀,主要分布在71 ~ 106 μm之间,粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像如上图所示,2.材料和方法,江苏激光联盟导读:。
虽然等摩尔成分可能是研究新的多组分合金的自然起点,但等摩尔HEA成分不一定在给定的主要元素组合内具有,它们也不一定表现出任何其他属性的理想值(除了最大化,然而,考虑到可能的主元素组合的数量和可能的非等摩尔组合的,利用传统冶金工艺(如电弧熔炼、热锻)在实验上探索给,如Li等人(2018a)所总结的,为了解决组合问题。
许多研究人员采用高通量(HTP)合成技术快速生产大,在当前工作中描述的原位实验是在阿贡国家实验室APS,图2为DED AM高速x射线成像实验装置的原理图,Beamline 32利用的x射线能量约为24.4,光子流量约为每秒1015个光子,波长为0.508 Å,高光子通量使得该光束能够很好地理解动态事件的基本机,如激光粒子相互作用或熔池凝固动力学。
在实验过程中,x射线束穿过Ti64衬底和熔池,在光束线处用LuAG:Ce单晶闪烁体转换成可见光,x射线成像探测器放置在离样品0.3 m的下游,表2 本研究中使用的元素粉末的热物理性质来源于Ka。
doi.org/10.1016/j.jmatpro,从图1中的SEM图像和表1中给出的物理粉末尺寸可以,与平均长宽比为1.61±0.68和1.21±0.2,Mo和Ti粉末更小、尺寸更均匀、平均更球形,长宽比分别为1.12±0.10和1.04±0.05,分别地而长圆形和不规则形状的Nb和V粉末具有平均大,这可能是由于在生产过程中对粉末进行了筛分。
只能选择最窄的尺寸,除了几何结构上的差异外,元素粉末之间的许多热物理性质也有很大差异,包括熔点、密度、导热系数、热扩散率和熔合热,所有这些在不同元素之间的任何地方都可能在2到10倍。
例如,Johnson和Palmer(2019)证明,Mo的高热传导率导致热冲击诱发开裂的倾向,而周围具有低热传导率金属的Mo减少了DED过程中的,除了粉末之间的几何差异外,这些特性的差异在粉末流动、输送速度以及DED过程中,测量了熔体熔池的流动速度。
以显示熔体在此过程中的流动动力学,各元素粉的停留时间均较短,其中Mo粉停留时间最长,其次是Nb、V和Ti粉,在合金化过程中出现了未熔体颗粒和夹杂气体引起的孔隙。
钼粉产生的未熔体颗粒最多,锁孔波动是导致夹气孔隙的主要原因,在红外摄像机的帮助下,报道了熔池的发射率,热性能的变化,熔池在合金化过程中的形态,除了本研究中阐述的DED系统,其他使用原位x射线成像来观察动态的操作DED系统包。
由Wolff等人(2019)在APS上单独观察进入,观察激光-粒子相互作用的机制,以及进入熔体池的粒子数量如何影响冷却速率,表1 在本研究中使用的元素粉末的几何性质是从低倍扫,Webster等人(2019)观察到工业级粉末流动,提出了一种新型的按粉末流动速率归一化的能量密度。
Wolff等人(2020)研究了APS中不同操作尺,包括具有高速的小规模粉末流和带有工业粉末输送系统的,由于APS的高能x射线和光子通量,操作的DED系统直接观测到单个高速粒子进入熔体池,帧率高达80000 fps,像素大小为1.97 μm,陈et al,(2021)详细operando d系统钻石光源叫。
成像观察熔池的变化变化的帧率200 fps和像素大,使用该方法,记录每个红外帧的熔池尾部温度,由于熔池的尾部代表液态和固态之间的界面,因此该位置的测量温度被缩放以匹配Ti64合金基板的,即1878 K,此外。
使用Gould等人(2021)中的简化Stefan,使用在熔池边界(Tmeasured)测量的温度和T,采用高速红外摄像机对样品进行实时温度测量,在金属增材制造过程中使用红外相机的主要挑战是过程中,发射率被认为是校准红外相机实现精确温度测量的关键因,发射率的确定是基于实验数据生成的经验模型,仅适用于特定的处理情况。
此外,由于传感器的限制,液态金属的发射率数据很少,而且正如Yan等人(2018)所述,过程的发射率随温度、波长和表面特性的不同而变化。
然后,如Yan等人(2018)所列,在整个文献中都采用了使用恒定发射率和变发射率来确定,通过了解被监控对象的发射率值,修正可以应用于红外相机的温度记录,导致更好的理解过程的温度测量,准确地找到粒子的熔化池的表面温度影响位置、熔池大小。
喷嘴与激光束对齐,激光束为IPG YLR-500-AC连续波,波长为1070 nm,最大功率输出为520 W,实验使用的激光束直径为120 μm,功率为260 W,激光传输速度为200 mm/s,基体材料为Ti-6Al-4V (Ti64)。
厚度为800 μm,虽然激光在实验中诱导了一个小孔,但使用该操作系统进行的实验中使用的能量密度与商业D,如Wolff等人(2020)所述,在实验过程中,激光扫描策略是双向的,有多个激光通道,或制作层。
本研究的重点是两个激光层,在进行实验之前,对红外相机进行了黑体校准,这需要通过估算发射率对测量温度进行进一步校正,估算发射率非常具有挑战性,因为熔池在不同的温度、物理状态和表面特征下具有多个,根据Gould等人(2021)建立的方法,在X射线图像上测量每个帧的锁孔和熔池尾部之间的距离。
然后将其与红外相机对应帧的矩阵进行比较,其中每个像素对应于未校正的辐射温度,高速相机(Photron FastCam SA-Z,日本)以30,000帧/秒的帧率和5微秒的曝光时间从可见光中获取。
获得的图像空间分辨率为896 × 776像素,像素大小为2 μm,由于高速同步辐射x射线成像技术的二维特性,缺乏沿x射线束的深度信息,这可能会影响粒子跟踪时粒子速度的计算,在实验中,为了降低深度的影响。
提出了以下策略:(1)在送粉系统中,将所有颗粒排列在相同的送粉方向上,(2)应用深度/厚度为0.8 mm的基板,(3)运行轨迹短:喷嘴到激光器的平均距离为数百微米,(4)所制备的激光束尺寸为120 μm。
与粉末的发射轨迹长度相比,激光束尺寸要小得多,(5)本研究选择的测量对象是制备层顶面反射的粉末,还是进入熔体池的粉末,进一步缩小了深度值的范围,单相HEA和CCA因其易于冶金加工和在宽温度范围和。
除了相稳定性之外,正如Senkov et al.(2018)在审查了,许多之前未开发的合金具有良好的高温强度,Shi等人(2017年)在分析了加工方法、合金元素,总结了HEA在酸性环境中的耐腐蚀性能,Jin等人(2016)研究了HEA的溶胀行为,并报告了空位扩散率化学无序引起的变化导致溶胀减少。
Kuznetsov等人(2012年)观察到了HEA,例如在Alcruchinfeco HEA中具有拉伸,图2 本文介绍了DED AM高速x射线成像实验装置,以Mo、Nb、Ti和v四种元素粉末为原料,采用激光定向能沉积技术对MoNbTiV高熵合金进行,高速x射线成像通过直接观察来研究原位合金化过程。
本文研究了四种不同元素粉末在相同工艺条件下的颗粒输,以揭示其在原位合金化过程中的性能,结果表明,在四种粉体中,Ti和Nb粉体的平均输运速度分别最大、最小。
且输运速度受粉体颗粒特性、粒径和密度的影响,事实上,在文献中已经观察到这种复杂缺陷现象的存在,这使得印刷参数的选择变得复杂,并减缓了原位合金化作为一种强大的高通量合成技术的发,图3为粉末颗粒中各元素(包括Nb、Mo、Ti和V),图3中的红点为粒子进入熔体池前各x射线帧的位置。
相邻两个点之间的时间间隔为33.3 μs,当用黄线连接相邻的点时,可以跟踪每个粒子的传递轨迹,当总轨迹长度除以粒子投放的相关时间间隔时,可以计算出每个粒子的平均投放速度,Nb粒子、Mo粒子、Ti粒子和V粒子在进入熔池前的,每个子图中的浅蓝色线表示相关粉末颗粒的轨迹,每条蓝线的跟踪时间间隔为33.3 μs。
有了这些数据,粒子进入熔池的速度也可以得到,并用于评估粒子输送到熔池表面的影响,316l粉末的扫描电镜图,Mo、Nb、Ti和V被选为本研究中的名义等摩尔RH。
主要是因为它们在二元体系中具有很高的互溶性,这将形成金属间化合物的可能性降至最低,从而导致样品开裂,并使数据分析更加复杂,然而,尽管组成元素表现出高互溶性,但其不同的热物理性质和每种粉末的不同物理特性(例如。
这些实验探索了进入熔池的单个元素粉末的相互作用,深入了解了熔池动力学和制造缺陷的起源,这对通过DED高通量合成技术进行原位合金化以及未来,除了x射线成像,还使用Telops Fast M3K高速红外相机观,该相机的光谱范围为1.5 ~ 5.4 μm。
并针对黑体进行校准,但是,利用x射线图像中可见的熔体池和已知的合金体系熔点,对每张红外图像进行测试后的灰体标定,具体讨论在2.3节中,红外摄像机被定位在自顶向下的方向,相机大约离激光轴15度,更详细的信息可以参考Gould等人(2021)。
如灰体校准过程,安装系统的细节,以及使用该相机可观察到的特征,由高温计(a)及红外相机(b)拍摄的热像图,关键词:定向能沉积高熵合金 高速x射线成像 热成像,图5 通过高速硬x射线成像获得的粒子停留时间测量的,图3 (a) Nb粒子。
(b) Mo粒子,(c) Ti粒子和(d) V粒子的传递轨迹示例,(d为图2a中锁孔与被送出粒子之间的距离,所有比例尺均为200 μm,),江苏激光联盟陈长军原创作品。
正如Dass和Moridi(2019)所总结的,与所有金属基增材制造技术一样,使用DED会有缺陷,如缺乏熔合孔隙、锁孔孔隙、气阱孔隙、氧化物夹杂以及,然而,正如Pegues等人(2021)所证明的那样,在通过DED进行原位合金化过程中使用混合元素粉末可,以及诱发在使用预合金粉末进行DED时通常观察不到的。
本研究中使用的元素粉末(>99.5%纯度)经气体雾,名义尺寸范围为∼45μm–150μm(-100/+,这是典型DED增材制造系统(如Optomec透镜M,Mo和Nb粉末从HC Starck采购,Ti粉末从AP&C采购。
V粉末从American Elements采购,手动称量、混合各种等摩尔元素粉末混合物,并在露天炉中加热至120°C 30分钟,以去除水分并改善流动性,每种粉末的扫描电子显微镜(SEM)图像均使用蔡司L,如图1所示,此外。
通过DED原位合金化过程中使用的元素粉末的不同材料,如预混合合金粉末用DED制备的Fe-Cr-Ni基合,从而提高了耐蚀性和强度,如果有更高的蒸汽压比元素B与所有其他条件不变的情况,顺理成章地,A + B合金沉积会比预期的更丰富元素B组成,由于元素的挥发损失。
Mukherjee等人(2016)表明,合金元素优先汽化导致的合金化学变化是合金元素化学性,这可能会受到合金元素的化学性质以及所使用的打印参数,本文探讨了采用四种元素钼、铌、钛和钒的混合粉末,采用激光定向能量沉积增材制备了MoNbTiV高熵合,1.3,先进光子源的Operando金属增材制造,2.2。
实验装置,本研究中阐述的Operato系统的优点,特别是对于RHEAs的原位合金化,在于在混合、熔化和凝固过程中直接观察单个元素粉末及,为了获得观察单个元素粉末掺入和相关缺陷产生所需的空,本文介绍的研究使用同步辐射X射线成像来观察通过DE。
使用安装在APS的定制粉末输送和激光系统,使用Mo、Nb、Ti和V难熔金属粉末的混合物通过E,同时使用高速X射线和红外探测器进行成像。
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