NiTi合金选区激光熔化成形工艺研究.pdf

目录

摘要IV

ABSTRACTVI

1.绪论1

1.1研究背景及意义1

1.2NiTi形状记忆合金的特性及应用3

1.2.1NiTi二元合金相图及相组成3

1.2.2NiTi合金的相变行为4

1.2.3形状记忆效应及超弹性6

1.2.4NiTi形状记忆合金的应用7

1.3NiTi合金传统制备工艺8

1.3.1熔炼法8

1.3.2固态扩散法9

1.3.3自蔓延高温合成法9

1.3.4金属注射成形法9

1.4选区激光熔化成形技术10

1.5研究意义及主要内容12

2.实验材料、设备与方法14

2.1实验设备与材料14

2.2选区激光熔化成形过程15

2.2.1SLM成形设备15

2.2.2SLM实验方案17

2.3测试与表征18

2.3.1相变行为18

2.3.2组织观察18

2.3.3物相组成19

2.3.4致密度测试20

2.3.5循环压缩实验20

3.NiTi合金的粉末制备21

3.1介质对球磨粉末形貌的影响21

3.2转速对球磨粉末形貌的影响22

3.3时间对球磨粉末形貌的影响23

3.4粉末的成分检测24

3.5本章小结26

4.SLM成形过程的数值模拟27

4.1物理方程27

4.2熔池数值模型的构建与参数设置29

4.3不同工艺参数下熔池特性分析31

4.3.1扫描速度对熔池特性影响31

4.3.2激光功率对熔池特性影响34

4.4本章小结35

5.工艺参数对合金成形质量及性能影响37

5.1工艺参数对NiTi合金微观形貌的影响37

5.1.1致密度分析37

5.2.2试样表面形貌39

5.2工艺参数对NiTi合金物相的影响41

5.2.1成形试样的物相组成41

5.2.2扫描速度对相变行为的影响45

5.2.3激光功率对相变行为的影响46

5.2.4工艺参数对相变温度的影响47

5.3工艺参数对力学性能的影响48

5.3.1抗压强度测试48

5.3.2超弹性测试49

5.4本章小结53

6.结论与展望55

6.1结论55

6.2展望55

参考文献57

致谢63

攻读硕士期间主要研究成果64

贵州师范大学学位论文原创性声明65

贵州师范大学学位论文使用授权书65

摘要

NiTi合金凭借其多样的相变过程、优异的功能特性，以及良好的

力学性能、耐腐蚀性和生物相容性，在航空航天、建筑材料、汽车等

领域得到了广泛应用。然而，传统的成形方法如铸造和粉末冶金法存

在诸多限制，如容易引入杂质、加工性能差、制造成本高等问题。针

对上述成形问题，本文采用选区激光熔化（SLM）技术为NiTi合金

的成形提供了新的解决方案。

论文通过球磨金属粉末（Ti、Ni）的方式实现合金粉体预制，运

用有限元数值模拟分析了激光功率、扫描速度等工艺参数对熔池温度

场及尺寸（宽度和深度）的影响。并通过实验研究了工艺参数对NiTi

合金的致密度、熔池形貌、相变行为、杂质相分布以及超弹性的影响

规律。研究结果表明：采用200r/min球磨转速，2h球磨时间，1:2球

料比，干磨的球磨工艺可以使Ni、Ti颗粒保