銅粉のレーザー吸光度に影響する要因。
1.粒子径の影響
異なるレーザー用の純銅粉の 3 つの異なる粒度分布の反射率を下の図に示します。これは、レーザー用の銅粉の反射率が波長とともに増加することを示しています。特に 550nm を超える波長帯では、銅粉の反射率これが、1046nm IR レーザーの優れた熱発生性にもかかわらず、SLM による銅部品の形成がより困難である主な理由です。1064nm 波長レーザーの吸収は、{{5 }} µm、15-53 µm の範囲で 22%、5-35 µm の範囲で 39.4%。
図. レーザーの異なる波長に対する3つの粒度分布を持つ純銅粉の反射率と1064nmでのレーザー反射率
金属粉末のレーザー吸収率は、粉末材料自体の性質に加えて、粉末の色、温度、粒子表面の品質、レーザー入射角などのさまざまな要因によって影響を受けます。 銅粉末の色と粉末粒子間のレーザー反射によって引き起こされる粒子サイズの変化が変化し、粉末粒子が小さいほど、粉末の色が濃くなり、特定の範囲の粉末粒子サイズが小さいほど、1064nm波長の吸収率が高くなりますレーザ。 金属粉末の粒子サイズが小さいほど、粉末間でレーザーが反射される回数が多くなり、レーザーへの粉末の吸収率が間接的に増加します。
2. 合金化の効果
Cu{{0}}.8 重量パーセントの Cr 粉末のレーザー反射率をテストし、純銅粉末のレーザー吸収率と比較しました。 Cu-0.8 wt% Cr 粉末の 1064 nm でのレーザー反射率は 69.5% で、同じ粒度分布の純銅粉末のレーザー反射率よりは低かったが、-0.8 のレーザー反射率よりはまだ高かった。 {7}}下の図に示すように、純銅粉。 Cr は Cu と比較して光吸収値が高いことが実験的に示されています。また、Cu 格子歪みへの Cr 元素の固溶もレーザー吸収率に影響を与えるため、15-53um の同じ粒子サイズ範囲では、 0.8重量パーセントのCr元素を追加すると、Cu-0.8重量パーセントのCr粉末のレーザー吸収率は、1064nmで純粋なCu粉末のレーザー吸収率よりも大きくなり、Cu -0.8重量パーセントのCr粉末は、 1064 nm でのレーザー吸収率は 30.5% で、15-53um の純銅粉末の値は 22% です。
異なる波長での Cu-0.8wt% Cr のレーザー反射率と 1064nm でのレーザー吸収
3. 表面改質の効果
Nano TiC は、粒子サイズが小さく、比表面積が大きく、表面活性が高い黒色の粘性粉末で、通常、材料特性を改善するための強化相として金属マトリックスに追加されます。 1064 nm でのレーザー吸収率は依然として 96.7% です。 ナノTiCの表面改質により、銅および銅合金粉末のレーザー吸収率が向上します。
レーザーの異なる波長と 1064 nm でのナノ TiC の反射率
ナノ TiC はボールミルによって銅粉の表面にコーティングされ、0.05 パーセント、0.1 パーセント、0.2 パーセント、{ {9}}.3 パーセント、0.4 パーセントの質量分率のナノ TiC を、粒子サイズ分布のある 3 種類の純銅粉末に添加し、各粉末のレーザー反射率を UV-3600Plus UV 分光光度計でテストしました。 下の図から、nano-TiC を追加すると純銅粉末のレーザー反射率が大幅に低下し、nano-TiC 含有量が増加するにつれてレーザー反射率が規則的な勾配で減少することがわかります。 ナノサイズの TiC をボールミル加工により銅粉の表面に均一にコーティングすることで、銅粉本来の金属光沢をカバーし、ナノ TiC 自体によるレーザーの高い吸収率と相まって、レーザーの反射率を大幅に低下させます。銅粉。
異なる質量分率のナノ TiC を添加した 3 つの純銅粉末の、異なる波長のレーザー光に対する反射率。 (a:5-35ええと、b:15-53ええと、c:40-160ええと)
4. 合金化と表面改質の効果
Cu{{0}}.8 重量パーセントの Cr 粉末のレーザー反射率を、さまざまな波長で追加されたナノ TiC のさまざまな質量分率で以下に示します。 波長が同じ場合、添加したナノ TiC の質量分率が高くなるにつれて銅粉末のレーザー反射率が低下し、添加したナノ TiC の質量分率が 0.4wt% の場合、粉末のレーザー吸収率は 67.3% でした。 表面合金化と表面改質を加えた試験結果は、粉末のレーザー吸収率を効果的に低下させることができ、合金粉末のレーザー吸収率を改善するアイデアも提供します。
Cu-0.8wt% Cr 粉末の反射率と、異なる質量分率の TiC をレーザー光の異なる波長に加えたもの
5. 酸化処理
3 つの純銅粉末と Cu-0.8wt% Cr 合金粉末のレーザー反射率を、50 度、150 度、250 度、350 度に加熱し、コランダムるつぼで 5 分間保持し、室温 (RT ）および酸化処理後など レーザー反射率は以下のとおりです。 50 度と 150 度の条件で 5 分間保持した 3 つの純銅粉末のレーザー吸光度は、未酸化粉末のレーザー吸光度と比較して小さな変化を示します。 温度を 250 度に上げて 5 分間保持すると、粉末のレーザー反射率は大幅に低下し、350 度で最大値に達して 5 分間保持されました。 3 つの純銅粉末のレーザー吸収率は、350 度で 5 分間保持した 5-35um、15-53um、および 40-160um で、それぞれ 61.7%、68.3%、および 64.8% でした。 . Cu-0.8wt% Cr 粉末のレーザー吸収率は、50 度と 150 度での酸化後、それぞれ 30.5 パーセントから 41.2 パーセントと 42.3 パーセントに増加し、250 度での酸化後は 76.9 パーセントと 77.4 パーセントに増加しました。同じ粒度分布の純銅粉と比較して、それぞれ350度と350度です。
50 度、150 度、250 度、350 度でそれぞれ 5 分間保持された異なる粉末の異なる波長でのレーザー反射率 (a:5-35um、b:15-53um、c:40-160 um, d: Cu-0.8wt% Cr)
結論
金属粉末のレーザー吸収率を改善するには多くのアプローチがありますが、粉末のレーザー吸収率を改善することに基づいて、成形部品の品質を確保できるかどうかを実験して検証する必要があります。 たとえば、粉末の粒径が小さいほど、レーザー吸収率が高くなりますが、金属粉末の粒径が小さいほど良いというわけではありません。選択されたレーザー溶融装置は、堆積粉末の特定の厚さ、粉末の粒径機器の最小厚さよりも小さいと、粉末を適切に配置できなくなります。そのため、適切な粒子サイズは、レーザーの吸収率を調べるだけではありません。 合金化および表面改質方法については、既存の銅合金は成熟したシステムを持っており、微量元素の添加が成形部品の品質に及ぼす影響を実験的に検証する必要があります。 表面酸化法は、レーザーに対する銅粉末の反射率を効果的に低下させますが、金属積層造形粉末の場合、粉末の酸素含有量が低いほど、表面活性が小さくなり、溶融効果が向上し、成形密度が高くなります。酸素含有量が増加すると、粉末のレーザー反射率が低下しますが、粉末の酸素含有量は妥当な範囲内に制御する必要があります。
参考文献: 「銅および銅合金粉末のレーザー吸収率とその選択領域レーザー溶融および成形に関する研究」、Shen Jibiao、昆明科学技術大学
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