Factores que influyen en la absorbancia láser del polvo de cobre.
1.Impacto del tamaño de partícula
La reflectancia de tres distribuciones de tamaño de partícula diferentes de polvo de cobre puro para diferentes láseres se muestra en la siguiente figura, que muestra que la reflectancia del polvo de cobre para láser aumenta con la longitud de onda, especialmente en la banda de longitud de onda por encima de 550 nm, la reflectancia del polvo de cobre para el láser aumenta rápidamente, que es la razón principal por la que es más difícil formar piezas de cobre mediante SLM a pesar de la buena termogenicidad del láser IR de 1046 nm. La absorción del láser de longitud de onda de 1064 nm fue del 21,8 por ciento para el polvo de cobre puro en el rango de {{5 }} µm, 22 por ciento en el rango de 15-53 µm y 39,4 por ciento en el rango de 5-35 µm.
Fig. Reflectancia de polvo de cobre puro con tres distribuciones de tamaño de partícula para diferentes longitudes de onda de láser y reflectancia láser a 1064 nm
La tasa de absorción del láser del polvo metálico se ve afectada por una variedad de factores, además de la naturaleza del material del polvo en sí, pero también por el color del polvo, la temperatura, la calidad de la superficie de las partículas, el ángulo de incidencia del láser y otros factores. Los cambios en el tamaño de las partículas causados por el color del polvo de cobre y la reflexión del láser entre las partículas de polvo cambiaron, cuanto más pequeñas eran las partículas de polvo, más oscuro era el color del polvo, cuanto más pequeño era el tamaño de las partículas de polvo en un cierto rango, mayor era la tasa de absorción de la longitud de onda de 1064 nm. láser. Cuanto menor sea el tamaño de partícula del polvo metálico, más veces se reflejará el láser entre el polvo, aumentando indirectamente la tasa de absorción del polvo al láser.
2. Efecto de la aleación
Se probó la reflectancia láser del polvo de Cu{{0}}.8 por ciento en peso de Cr y se comparó con la absorción del láser del polvo de cobre puro. La reflectancia del láser del polvo de Cu-0,8 por ciento en peso de Cr a 1064 nm fue del 69,5 por ciento, que fue menor que la reflectancia del láser del polvo de cobre puro con la misma distribución de tamaño de partícula, pero aún mayor que la reflectancia del láser de { {7}}um polvo de cobre puro, como se muestra en la siguiente figura. Se ha demostrado experimentalmente que el Cr tiene un mayor valor de absorción de luz en comparación con el Cu, y la solución sólida del elemento Cr en la distorsión de la red de Cu también afecta la tasa de absorción del láser, por lo que en el mismo rango de tamaño de partícula de 15-53um, debido a la adición de 0,8% en peso de elemento Cr, la tasa de absorción láser de Cu-0,8% en peso de polvo de Cr es mayor que la del polvo de Cu puro a 1064 nm, Cu -0,8% en peso de polvo de Cr tiene una Tasa de absorción láser del 30,5 por ciento a 1064 nm, mientras que el valor es del 22 por ciento para 15-53 um polvo de cobre puro.
Reflectancia láser de Cu-0.8wt percent Cr a diferentes longitudes de onda y absorción láser a 1064nm
3. El efecto de la modificación de la superficie.
Nano TiC es un polvo viscoso negro con tamaño de partícula pequeño, área de superficie específica grande y actividad de superficie alta, que generalmente se agrega a la matriz metálica como una fase de mejora para mejorar las propiedades del material. La tasa de absorción del láser a 1064 nm sigue siendo del 96,7 por ciento. La tasa de absorción láser del cobre y el polvo de aleación de cobre mejorará mediante la modificación de la superficie del nano-TiC.
Reflectancia de nano-TiC a diferentes longitudes de onda de láser y a 1064 nm
El nano-TiC se revistió en la superficie del polvo de cobre mediante molienda de bolas y 0.05 por ciento, 0.1 por ciento, 0.2 por ciento, { {9}}.3 por ciento, 0,4 por ciento de fracción de masa de nano-TiC se agregó a tres tipos de polvo de cobre puro con distribución de tamaño de partícula y la reflectancia láser de cada polvo se probó con el espectrofotómetro UV-3600Plus UV. En la figura a continuación, se puede ver que la adición de nano-TiC reduce significativamente la reflectividad del láser del polvo de cobre puro, y la reflectividad del láser se vuelve cada vez más pequeña a medida que aumenta el contenido de nano-TiC en una disminución de gradiente regular. El TiC de tamaño nanométrico se recubre uniformemente en la superficie del polvo de cobre mediante molienda de bolas, lo que cubre el brillo metálico original del polvo de cobre y, junto con la alta tasa de absorción del láser por el propio nano-TiC, reduce significativamente la reflectividad del láser de polvo de cobre
Reflectancia de tres polvos de cobre puro con diferentes fracciones de masa de nano-TiC agregados a diferentes longitudes de onda de luz láser. (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160um)
4. Efecto de la aleación y modificación superficial
A continuación se muestra la reflectancia láser del polvo de Cu{{0}}.8% en peso de Cr con diferente fracción de masa de nano-TiC agregado a diferentes longitudes de onda. Cuando las longitudes de onda son iguales, la reflectancia del láser del polvo de cobre disminuye a medida que aumenta la fracción de masa de nano-TiC añadida, y la absorción del láser del polvo es del 67,3 % cuando la fracción de masa de nano-TiC añadida es del 0,4 % en peso. El resultado de la prueba es que la aleación de la superficie más la modificación de la superficie aún pueden reducir de manera efectiva la tasa de absorción del láser del polvo, lo que también proporciona una idea para mejorar la tasa de absorción del láser del polvo de aleación.
Reflectancia de Cu-0.8% en peso de polvo de Cr con diferentes fracciones de masa de TiC añadidas a diferentes longitudes de onda de luz láser
5. Tratamiento de oxidación
La reflectancia láser de tres polvos de cobre puro y polvos de aleación de Cu-0.8% en peso de Cr se calentaron a 50 grados, 150 grados, 250 grados, 350 grados y se mantuvieron durante 5 minutos en un crisol de corindón, y se probaron a temperatura ambiente (RT ) y después del tratamiento de oxidación, etc. La reflectancia del láser se muestra a continuación. La absorbancia láser de los tres polvos de cobre puro en condiciones de 50 grados y 150 grados y manteniendo durante 5 minutos tiene un pequeño cambio en comparación con la absorbancia láser del polvo no oxidado. Cuando la temperatura se aumentó a 250 grados y se mantuvo durante 5 minutos, la reflectividad del láser del polvo disminuyó significativamente y alcanzó el valor máximo a 350 grados y se mantuvo durante 5 minutos. Las tasas de absorción del láser de los tres polvos de cobre puro fueron del 61,7 %, 68,3 % y 64,8 % para 5-35um, 15-53um y 40-160um a 350 grados y se mantuvieron durante 5 min, respectivamente. . Las tasas de absorción láser de los polvos de Cu-0.8% en peso de Cr aumentaron del 30,5 % al 41,2 % y al 42,3 % después de la oxidación a 50 y 150 grados, respectivamente, y aumentaron al 76,9 % y al 77,4 % después de la oxidación a 250 grados. y 350 grados, respectivamente, en comparación con el polvo de cobre puro con la misma distribución de tamaño de partícula.
Reflectancia láser a diferentes longitudes de onda para diferentes polvos mantenidos a 50 grados, 150 grados, 250 grados, 350 grados durante 5 minutos respectivamente (a:5-35um, b:15-53um, c:40-160 um, d: Cu-0.8 por ciento en peso de Cr)
Conclusión
Existen muchos enfoques para mejorar la tasa de absorción del láser del polvo metálico, pero sobre la base de mejorar la tasa de absorción del láser del polvo, es necesario experimentar para verificar si puede garantizar la calidad de las piezas formadas. Por ejemplo, cuanto menor sea el tamaño de las partículas de polvo, mayor será la tasa de absorción del láser, pero eso no significa que cuanto menor sea el tamaño de las partículas de polvo metálico, mejor, porque el equipo de fusión láser seleccionado tiene un cierto espesor de polvo de colocación, tamaño de partículas de polvo menos del grosor mínimo del equipo no podrá colocar el polvo correctamente, por lo que el tamaño de partícula apropiado no solo puede observar la tasa de absorción del láser; Para los métodos de modificación de superficie y aleación, las aleaciones de cobre existentes tienen sistemas maduros, y el efecto de la adición de oligoelementos en la calidad de las piezas formadas necesita verificación experimental. El método de oxidación superficial reduce efectivamente la reflectividad del polvo de cobre al láser, pero para el polvo de fabricación aditiva de metal, cuanto menor sea el contenido de oxígeno del polvo, menor será la actividad superficial, mejor será el efecto de fusión y mayor será la densidad de formación, aunque el el aumento del contenido de oxígeno hace que disminuya la reflectividad del láser del polvo, pero el contenido de oxígeno del polvo debe controlarse dentro de un rango razonable.
Bibliografía: "Un estudio sobre la tasa de absorción láser de cobre y polvo de aleación de cobre y su fusión y formación láser de área seleccionada", Shen Jibiao, Universidad de Ciencia y Tecnología de Kunming
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