金刚石微粉与金属粉末激光烧结工艺研究

1、金刚石微粉与金属粉末激光烧结工艺研究摘要：采用高功率c02激光烧结金刚石微粉与金属粉末压坯，研究 了激光参数对金刚石微粉与金属粉末结合性能的影响，分析了烧结体的烧 结性能及耐蘑性，结果表明：光斑直径为& 5伽时，在激光功率550w、扫 描速度1100mm/min烧结条件下可获得金刚石颗粒、金属粉末二者具有最 佳结合性能的烧结体。关键词：激光烧结；金刚石微粉压坯；工艺参数；工艺与机理1激光烧结参数11激光功率在功率低于550w时，由于扫描速度相对较快而激光功率较低，粉末 压坯屮低熔点金属元素被加热温度较低，来不及达到熔点温度，各种金属 元素还处于原始接触阶段，因此抗拉强度较低。随着激光功

2、率p的增大， 单位时间内粉末被加热的温度更高，低熔点金属元素部分微熔，将其周围 的金属粉末包裹在一起，使得烧结件的抗拉强度得到了提高。在激光功率 达到550w时，得到较好的烧结效果，烧结件具有最大的抗拉强度。而当 激光功率p超过550w时，烧结件表烦部分呈绿色，为锡青铜的氧化产物, 说明由于功率过高，出现了烧损现象1-3 o1.2光束扫描速度同样，保持激光功率p=550w,光束扫描速度v按照880mm/min> 1100mm/min、1320 mm/min> 1540 mm/min、1760 mm/min?化，来考察扫描速度 v对烧结件抗拉强度的影响。光束扫描速度v超过lloomm

3、/min时，烧结件的抗拉强度将随扫描速 度v的增大而降低；而当扫描速度v小于1100 mm/min时，烧结件的抗拉 强度又急剧降低。扫描速度小于1100 mm/min时，由于激光功率相对较高，导致单位时 间内粉末材料吸收的激光能量较高、粉末温度升高过快，从而使得低熔点 金属元素部分烧损，部分表面呈绿色。扫描速度为1100 mm/min时，得到 较好的烧结效果，烧结件具有最大的抗拉强度。而当扫描速度高于1100 mm/min时，低熔点金属元素在单位时间内又得不到充分加热，不能充分熔 化以结合四周的金属粉末颗粒，烧结件抗拉强度降低。2. 烧结体性能分析由第二节分析可知，金刚石微粉压坯在p二550w

4、, v=1100mm/min的激 光工艺参数下，具有最优的抗拉强度和致密度。为此，选择该工艺参数下 的烧结体进行微观组织分析。在上图中，烧结体橫断面基本上已看不到以原始状态存在的金属粉 末，高熔点金属粉末被完全包覆在低熔点金属粉末内，烧结效果良好。当 然，由于烧结所固有的特点，烧结体无法达到纯金属的致密度，不可避免 地存在较多孔隙。另外还在横断面上发现了较多坑洼一一“韧窝” 4-5, 表明了烧结件的断裂为塑性层状撕裂，烧结体具有良好的抗拉性能。低熔点cu-sn液相流动方向也清晰可辨；未熔化高熔点金属粉末颗粒 分布较均匀，粉末颗粒间的孔隙基本已全部被填满，颗粒间通过凝固的低 熔点cu-sn粘结在

5、一起，致密性较好。在颗粒间小孔隙消失的同时，在周 边出现了较大的孔洞。这是因为：低熔点cu-sn合金元素熔化后，形成液相，在激光继续作 用下，液相流动性和渗透能力大大加强，液相金属很容易填充入高熔点颗 粒间的孔隙；同时，液相原子自身的扩散速度和高熔点固相颗粒在液相中 的扩散都加快，传质也加快，通过颗粒边界溶解圆润化和固溶沉淀等作用 进一步优化颗粒的形状和重排位置6-8 o此外，由于压坯局部区域成分 非均匀性和液相的凝固收缩，使某些区域液相金属流失，形成孔洞。3. 结论1、采用不同粉末配方、不同激光工艺参数对金刚石微粉压坯进行烧 结试验研究表明：光斑直径为8. 5mm时，在激光功率550w、扫描

6、速度 llooimn/min烧结条件下，微粉工具具有最佳的烧结性能。2、借助扫描电镜(sem)对烧结件进行了微观分析知：高熔点金属颗 粒通过凝固的低熔点cu-sn粘结在一起，粉末颗粒间的孔隙基本己全部被 填满，烧结体具冇良好的致密性和抗拉性能。从而提高烧结体耐磨性能。参考文献1 谈耀麟金刚石微粉的界定地质与勘探,1995, 31 (1)： 50522 唐霞辉编著激光焊接金刚石工具武汉：华中科技大学出版社， 20043 关庆丰，李玉龙，郭作兴等铁一一铜基梯度复合材料粉末压坏的 激光烧结粉末冶金技术，1997, 15 (4)： 2452494 hu jiandong, guo zuoxing , guan qingfeng, ct al. lasersint ering of green compac t optics and laser tech no logy, 29 (1997)：75 785 hu jiandong , guo zuoxing, guan qingfeng, et al. laser sintering of fe-based p/m automotive partsscienee of sintering, 29 (1997)： 1952006 武志