SLM增材制造鋁合金和高溫合金微流道磨粒流拋光工藝研究

作者：李  惠1, 李微娜1, 祁俊峰2 , 李敬洋2, 張建超2, 張建勛1
(1.西安增材制造國家研究院有限公司, 陜西 西安 710065; 2.北京衛(wèi)星制造廠有限公司, 北京 100094)

以激光選區(qū)熔化(SLM)技術(shù)為代表的金屬增材制造技術(shù)，因固有的“粉末粘附”和“球化效應(yīng)”等，使得制品的表面十分粗糙，難以滿足使用要求。為解決SLM微流道粗糙內(nèi)孔表面的精加工難題，本研究采用磨粒流拋光技術(shù)對SLM制備的AlSi10Mg和GH4169微流道內(nèi)表面進(jìn)行拋光，并研究了磨粒流工藝對微流道內(nèi)孔表面粗糙度和尺寸精度的影響。結(jié)果表明，經(jīng)磨粒流處理后，SLM增材制造鋁合金和高溫合金的內(nèi)孔表面質(zhì)量均得到有效改善，微流道內(nèi)孔表面的粗糙度下降幅度在50%以上；流道內(nèi)孔表面干凈無多余物附著；流道尺寸精度保持較高水平。因此，磨粒流工藝是SLM增材制造微流道結(jié)構(gòu)零件的一種有效的拋光技術(shù)。

圖1  AlSi10Mg粉末形貌與粒徑分布

圖2  GH4169合金粉末形貌與粒徑分布

圖3  SLM 打印設(shè)備

圖4  高速磨粒流拋光機(jī)及原理圖

圖5  微流道模型

表3  微流道磨粒流拋光工藝參數(shù)

圖6  AlSi10Mg和GH4169微流道剖面圖

圖7  微流道的超景深三維形貌圖

圖8  AlSi10Mg微流道共聚焦粗糙度檢測

圖9  微流道不同位置磨粒流加工前后的粗糙度

圖10  微流道的CT掃描圖

圖11  磨粒流拋光前后微流道尺寸對比

結(jié)論  
本研究主要對磨粒流拋光技術(shù)對SLM微流道內(nèi)表面的拋光后處理問題進(jìn)行探究，并對磨粒流拋光技術(shù)對流道內(nèi)表面粗糙度及內(nèi)孔尺寸精度的影響進(jìn)行了研究。SLM微流道內(nèi)孔的粗糙度主要是由“臺(tái)階效應(yīng)”及多余粉末堆積導(dǎo)致的，經(jīng)磨粒流加工后，其表面質(zhì)量得到改善。
（1）磨粒流拋光后，AlSi10Mg和GH4169微流道的內(nèi)孔表面粗糙度下降幅度超過50%。其中拋光后的AlSi10Mg微流道內(nèi)孔表面粗糙度降至4.12 μm，拋光后的GH4169微流道內(nèi)孔表面粗糙度在6.00 μm以下。
（2）磨粒流拋光后的微流道內(nèi)孔表面干凈，無多余物附著。
（3）磨粒流拋光后的微流道尺寸精度仍保持相對較高水平，AlSi10Mg微流道內(nèi)部的平均孔徑損耗為60 μm，GH4169的平均孔徑損耗為47 μm。
（4）磨粒流是一種有效的SLM微流道結(jié)構(gòu)零件拋光技術(shù)。


  本文引用格式  

李惠, 李微娜, 祁俊峰, 等. SLM增材制造鋁合金和高溫合金微流道磨粒流拋光工藝研究[J]. 材料開發(fā)與應(yīng)用, 2024, 39(2): 1-8+16.
LI H, LI W N, QI J F, et al. Study on abrasive flow polishing process of aluminum alloy and high-temperature alloy microchannels by SLM additive manufacturing[J]. Development and Application of Materials, 2024, 39(2): 1-8+16.