Hur kan metall 3D -tryckta delar förbättra deras ytslitningsmotstånd?

一, optimering av processparametrar: Förhindra mikrostrukturella brister vid deras ursprung
1. Kooperativ hantering av skanningsstrategi och laserkraft
Det dynamiska beteendet hos smältpoolen i Selective Laser Melting (SLM) -processen påverkas direkt av inriktningen av laserkraft och skanningshastighet. Till exempel, när laserkraften är 250W och skanningshastigheten är 1000 mm/s, kan smältpoolen svalna med en hastighet av 10 k/s, och bildar små förstärkande utfällningar av 'och' 'faser. Detta höjer ythårdheten hos den tryckta delen till 450 HV, vilket är 30% högre än för traditionella gjutningar. Detta är fallet för Inconel 718, en nickel - baserad legering. En kontrollskanningsmetod, å andra sidan, kan å andra sidan effektivt fördela värmestress, minska tätheten på ytsprickor och minska sannolikheten för skalning under slitage.
2. Exakt inriktning av energitäthet och skikttjocklek
Enligt experimentella data kan ytråheten för 316L rostfritt ståltryckta delar minskas från RA 8,2 μm till RA 4,5 μm när skikttjockleken minskas från 50 μm till 30 μm. Ytdensiteten för titanlegeringstryckta delar kan närma sig 99,95% genom att kombinera energitäthetsformeln (E=p/(V × H × T), där P är kraft, V är hastighet, h är fläckdiameter och t är skikttjocklek) och optimisering av parameterkombinationer. Detta minskar kraftigt slitslitage orsakade av porer.
3. Designinnovation för stödjande strukturer
Att använda träd - som stöd snarare än konventionella nätstöd för hängande strukturer kan förhindra ytskador under post - bearbetning och minska kontaktområdet för stöd med över 30%. Boeings adaptiva supportmetod ger en hög - kvalitetssubstrat för ett efterföljande slitage - resistent behandling genom att dynamiskt justera stöddensiteten för att sänka ytdefekthastigheten för tryckta luftmotorblad till 0,3%.
Ytdensifiering och mikrostrukturrekonstruktion är två post - Bearbetning av förstärkningstekniker.
Densifieringsförfarande med varmisostatisk pressning (höft)
Höftteknik använder de kombinerade effekterna av högt tryck (100–150 MPa) och hög temperatur (1000–1200 grad) för att ta bort nästan 99% av porerna som finns i tryckta föremål. Efter höftbehandlingen höjdes den rullande kontakten trötthetslivet med 2,3 gånger och ythårdheten hos turbinskivor gjorda av koboltkromlegering ökade från 380 HV till 520 HV. Även i en atmosfär med temperaturer så höga som 1500 grader, behåller språngmotorns bränslemunstycke som behandlas av GE Aviation som använder denna teknik konsekvent slitmotstånd.
2, ytmodifiering via friktionsbehandling (FSP)
FSP kan förfina kornstorlek till 0,5 - 1 μm med hjälp av hög - hastighet roterande omrörande huvuden för att skapa plastisk deformation. Jämfört med obehandlade komponenter kan FSP -behandling höja ythårdheten hos tryckta aluminiumlegeringsdelar till 180 HV och öka slitmotståndet med 40%. För komplexa inre flödeskanalkonfigurationer, såsom slitage - resistent behandling av kylkanaler i flygplanstrutrar, är denna teknik särskilt väl lämpad för ytförstärkning.
LSP eller laserchock peening
LSP skapar ett återstående kompressivt spänningsskikt på materialytan upp till 1 mm djup med hjälp av höga - Energipulsad laser - inducerade plasmachockvågor. Efter LSP -behandling tredubblades trötthetsliten för tryckta delar gjorda av TC4 -titanlegering och ytmikrohårdheten steg till 520 HV. Viktiga landningsutrustningskomponenter i C919 -flygplanet har fått sina ytor förstärkt med hjälp av denna teknik.
3, ett multi - skalskyddssystem är konstruerat med hjälp av funktionell beläggningsteknik.
1. Hård beläggning med hjälp av fysisk ångavsättning (PVD)
Friktionskoefficienten kan sänkas till 0,15 och ythårdheten för 316L rostfritt ståltryckta delar kan närma sig 2200 HV genom att applicera en CRN -beläggning med hjälp av multi - båge -pläteringsteknik. Vid en hög temperatur på 1000 grader minskade Siemens energi oxidationsslitningshastigheten för gasturbinblad med 80% jämfört med substratmaterialet efter applicering av TIALN -beläggning.
2. Gradientbeläggning med laserbeklädnad
Synkron pulvermatning Laserbeläggningsteknik kan användas för att skapa fecraly/YSZ -gradient termiska barriärbeläggningar på ytan av nickel - baserade legeringar. Vid en hög temperatur på 1400 grader upprätthåller beläggningen en låg termisk expansionskoefficient på 0,5%, vilket förlänger den termiska trötthetslivslängden för turbinblad i flygmotorer till 2000 cykler - fem gånger längre än den obelagda delar.
3. Elektroplätering av nanokomposit
I jämförelse med rena nickelbeläggningar kan beläggningens hårdhet höjas till 650 HV och dess slitmotstånd kan förbättras med 60% genom att lägga till 0,5 viktprocent nano Sic -partiklar till nickel - baserad elektropläteringslösning. Tekniken för denna teknik har ökats till tre år i sandiga havsvatteninställningar, och den har använts för att skydda ytan på borrpumpsaxlar på offshore -plattformar.
4, Common Use Cases och Performance Evaluation
1. Turbinskiva för flygmotorer
Efter 1000 timmars hög - temperaturslitningstestning visade den inconel 718 turbinskivan av rullar - Royce med användning av SLM+HIP+PVD -kompositprocessen en anmärkningsvärd förbättring av ytråheten, vilket ökar med endast 0,2 μm i motsats till 0,8 μm för typisk förlig del.
2. Deep - Sea Drilling Platform GEARBOX
SLM+FSP+laserbeläggningskomposit som används för att behandla 316L rostfritt stålutrustning som skapats av CSIC höjer pittingpotentialen till +0.3 V (SCE) i en 3,5% NaCl -lösning och ger 2,5 gånger slitmotståndet som behövs för att uppfylla API 6A -standarder.
3. Kolvringar för bilmotorer
Vid en hög temperatur på 200 grader sänks friktionskoefficienten för den stålet - baserad kolvring som produceras av SLM till 0,08 och bränsleförbrukningshastigheten minskas med 3,2% efter laserchockförstärkning och diamant - som kol (DLC) beläggningsbehandling.