Особенности формирования градиентных пористых и компактно-пористых порошковых структур при селективном лазерном спекании сферического порошка титана марки ВТ1-0
Another Title
Features of formation of gradient porous and compact porous powder structures by selective laser sintering of titanium grade vt1-0 spherical powder
Bibliographic entry
Минько, Д. В. Особенности формирования градиентных пористых и компактно-пористых порошковых структур при селективном лазерном спекании сферического порошка титана марки ВТ1-0 = Features of formation of gradient porous and compact porous powder structures by selective laser sintering of titanium grade vt1-0 spherical powder / Д. В. Минько // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, № 4. – С. 24-33.
Abstract
Показана возможность использования селективного лазерного спекания для получения градиентных пористых и компактно-пористых порошковых структур путем поверхностного оплавления частиц порошка при сохранении твердого ядра. С целью изучения кинетики контактообразования предложено под минимальным значением энергии одиночного импульса лазерного излучения понимать значение, при котором обеспечивается получение некоторого структурного элемента диаметром, равным диаметру фокального пятна лазерного луча, и толщиной, равной среднему диаметру частицы порошка. Исследовано распределение температуры на поверхности структурного элемента из порошка титана марки ВТ1-0 фракционных составов (-0,315 + 0,2) и (-0,4 + 0,315) мм при воздействии одиночного импульса лазерного излучения различной мощности и длительности. Показано, что частицы порошка в центральной зоне фокального пятна разогреваются до значений температуры 1900-2000 К, в то время как частицы, находящиеся вне этой зоны, нагреваются до значений температуры всего 900-1000 К и не участвуют в процессе контактообразования. Установлены диапазоны технологических режимов СЛС, при которых происходит устойчивое контактообразование частиц порошка титана исследуемых фракционных составов. Экспериментально показана возможность формирования градиентных пористых и компактно-пористых порошковых структур путем управления параметрами импульсного лазерного воздействия. Установлено, что точное дозирование энергии и количества импульсов лазерного излучения позволяет обеспечить минимальную усадку слоев порошка при отсутствии конгломерации частиц, управлять структурными характеристиками и свойствами изделий, сохранять микроструктуру и фазовый состав исходных материалов. Технология позволяет обеспечить внутрислойное и межслойное спекание порошков разного фракционного состава с заданным градиентом структуры при минимальных нарушениях исходной геометрии частиц.
Abstract in another language
The possibility of using selective laser sintering (SLS) to obtain gradient porous and compact porous powder structures by surface melting of powder particles while maintaining a solid core is shown. In order to study the kinetics of contact formation, it was proposed to assume the minimum energy value of a single laser pulse as the value at which a certain structural element having a diameter equal to the diameter of the laser beam focal spot and the thickness equal to the powder particle average diameter, is obtained. The temperature distribution on the surface of the VT1-0 titanium powder structural element of the fractional composition (-0.315+0.2) mm and (-0.4+0.315) mm was investigated when exposed to a single laser pulse of various power and duration. It is shown that the powder particles in the central zone of the focal spot are heated to temperatures of 1900-2000 K, while particles outside this zone are heated to temperatures of only 900-1000 K and do not participate in the process of contact formation. Established the ranges of SLS technological modes, under which stable contact formation of titanium powder particles of the studied fractional compositions takes place. The possibility of forming gradient porous and compact porous powder structures by controlling the parameters of pulsed laser exposure was experimentally shown. It has been found that accurate dosing of energy and the number of pulses of laser radiation results in minimal shrinkage of powder layers within the absence of particle conglomeration, control the structural characteristics and properties of products, microstructure and phase composition preservation of the original materials. The technology allows providing intralayer and interlayer powder sintering of different fractional compositions with a given structure gradient with minimal disruption of the initial geometry of the particles.