激光选区熔化增材制造过程中的元素蒸发机理及抑制方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51905279
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0508.成形制造
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Element evaporation during selective laser melting (SLM) additive manufacturing process results in the deviation of alloy composition of the as-built parts, bringing about serious defects such as composition segregation, element dilution and abnormal microstructure. In this project, the mechanical model of migrating and diffusing during element evaporating was established combined with the thermodynamics of evaporation, and then the critical escaping condition as element penetrating the liquid-gas interface was determined. Based on the above, the evaporation mechanism was revealed accordingly. Optical emission spectrum (OES) of the vapour was collected and spectrum characters of evaporation intensity were extracted, and the quantitative characterization relationship between process parameters, spectrum characters and element loss was discussed, then the prediction model of element evaporation intensity was established. The dominant influence mechanism of evaporation intensity under multi-factor interaction was explored, which contributed to the determination of critical process conditions as element reaching the equilibrium during migrating and diffusing process, and parameter optimization can be conducted accordingly. Thus the objective of element evaporation inhibition in SLM additive manufacturing can be achieved. This project is conducive to improving the uniformity and stability of component, microstructure and performance of SLMed parts, there are great scientific significance and practical application value for improving the application of SLM technique in the fields such as aeronautics & astronautics and biological medical, etc.
激光选区熔化(SLM)增材制造过程中的元素蒸发导致成型材料的成分发生偏离,造成合金成分偏析、元素贫化和微观组织异常等缺陷。因此,本项目结合蒸发的热力学特性,建立蒸发过程中合金元素迁移扩散的力学模型,确定合金元素挣脱液/气相界面的临界逸出条件,揭示元素蒸发的机理;采集金属蒸汽的光发射信号并提取反映蒸发强度的光谱特征,探讨工艺参数、光谱特征和元素损失量之间的定量表征关系,建立元素蒸发强度预测模型;探索多因素交互作用下蒸发强度的主导影响机制,确定元素分子达到迁移扩散平衡时的临界工艺条件并进行参数优化设计,实现SLM增材制造中元素蒸发的抑制。本项目有助于提高SLM增材制造零件的成分、组织和性能的均匀性和稳定性,对促进SLM增材制造技术在航空航天、生物医疗等领域的应用具有重要的科学意义和工程应用价值。

结项摘要

在本项目的资助下,项目组针对激光选区熔化(SLM)的增材制造过程、微观组织和相应的力学性能展开研究,主要研究发现如下:.1.通过高温合金熔池温度的有限元模拟建立了微裂纹密度与熔池温度的数学关系;分析了飞溅和元素蒸发导致孔洞缺陷以及不同熔池温度下的元素分布和微观组织的不均匀性,揭示了原始粉末化学成分和成型熔池温度对合金元素中Al元素蒸发的影响规律,建立了铝元素的蒸发强度与激光能量密度的数学关系。.2.探明了冲击载荷下激光增材制造金属材料动态响应规律。研究了SLM成形钛合金在不同温度、应变率下的动态力学性能,动态压缩强度随着温度的提升而急剧降低,增材制造钛合金具有较强的温度敏感性,而应变率敏感性没那么强烈。基于实验结果标定了J-C本构参数,建立了SLM成型钛合金的率相关本构关系。.3.揭示了高温高应变率条件下激光增材制造钛合金的微观组织演变规律。高温冲击下,增材制造钛合金局部发生绝热温升,产生绝热剪切带,剪切带内存在大量纳米等轴晶;剪切带附近由于剪切应力导致马氏体发生弯曲,产生弯曲针状马氏体;远离剪切带的区域晶粒仍然能够保持较为完整的针状马氏体。增材制造钛合金的针状马氏体在高温冲击下容易发生横向断裂,从而引起晶粒细化。.4.开展了基于固溶处理的激光增材制造TC4钛合金的动态力学性能调控。采用不同的固溶处理调控增材制造钛合金的α和β相,获得较多α/β界面相。结果显示,高速拉伸后的α+β固溶钛合金的颈缩区域的α/β界面相附近形成致密的变形孪晶,说明界面相能够通过形成变形孪晶增加材料的变形协调性,从而提升了材料的塑性。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(2)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
Effect of heating treatment on the microstructural evolution and dynamic tensile properties of Ti-6Al-4V alloy produced by selective laser melting
热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V合金显微组织演变和动态拉伸性能的影响
  • DOI:
    10.1016/j.jmapro.2021.12.035
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Journal of Manufacturing Processes
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Yang Liu;Huaizhong Xu;Binyi Peng;Xiaofeng Wang;Shuxin Li;Qun Wang;Zhiguo Li;Yonggang Wang
  • 通讯作者:
    Yonggang Wang
激光选区熔化颗粒增强钛基复合材料的抗压性能
  • DOI:
    10.11868/j.issn.1001-4381.2021.001054
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    材料工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    彭斌意;刘洋;郑晓董;李治国;李国平;胡建波;王永刚
  • 通讯作者:
    王永刚
冲击载荷下增材制造金属材料的动态响应及微观结构演化研究进展
  • DOI:
    10.11858/gywlxb.20210760
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    高压物理学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘洋;徐怀忠;汪小锋;李治国;胡建波;王永刚
  • 通讯作者:
    王永刚
Dynamic compressive properties and failure mechanism of selective laser melted CoCrFeNiMn high entropy alloy
选区激光熔化CoCrFeNiMn高熵合金动态压缩性能及失效机理
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Materials & Design
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Hongyu Chen;Yang Liu;Yonggang Wang;Zhiguo Liu;Di Wang;Konrad Kosiba
  • 通讯作者:
    Konrad Kosiba
激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的动态力学性能及其本构关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    爆炸与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    朱磊;刘洋;孟锦晖;李治国;胡建波;李国平;王永刚
  • 通讯作者:
    王永刚

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其他文献

门源Mw5.9级地震形变InSAR观测及区域断裂带深部几何形态
  • DOI:
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    2019
  • 期刊:
    武汉大学学报(信息科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘洋;许才军;温扬茂
  • 通讯作者:
    温扬茂
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超声波振动对铜箔微冲加工变形的影响
  • DOI:
    10.1007/s11595-019-2066-2
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Journal of Wuhan University of Technology, Materials Science Edition
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王春举;刘洋;郭斌;单德彬;张博
  • 通讯作者:
    张博
珠江口盆地珠一坳陷韩江组—万山组旋回地层学
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2012
  • 期刊:
    地球科学-中国地质大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘洋;吴怀春;张世红;方念乔;姜正龙;杨天水
  • 通讯作者:
    杨天水
建筑物图形形状相似性计算的序列分析法
  • DOI:
    10.11947/j.agcs.2021.20200227
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    测绘学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    魏智威;郭庆胜;程璐;刘洋;童莹
  • 通讯作者:
    童莹
基于贝叶斯原理的PP波和PS波AVO联合反演方法研究(英文)
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Applied Geophysics
  • 影响因子:
    0.7
  • 作者:
    胡国庆;刘洋;魏修成;陈天胜;Hu Guo-Qing 1;2 ; Liu Yang ;1;2 ; Wei Xiu-Cheng 3
  • 通讯作者:
    Wei Xiu-Cheng 3

其他文献

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刘洋的其他基金

激光选区熔化钛合金层状异构的原位构筑及动态变形破坏机制
  • 批准号:
    52375347
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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