頂刊《AM》：增材制造Cu-H13工具鋼（二）(2)
時間：2022-06-16 15:51 來源：江蘇激光聯盟 作者：admin 閱讀：次
3.4.多金屬結構的熱導率
單一材料的熱阻由等式給出,其中R是熱阻，x是材料的厚度，k是熱導率，A是垂直于熱流方向的橫截面積。對于彩圖19a，總熱阻可以用等式
導熱系數的實驗測量是用穩態絕對技術進行的 (圖19b)。導熱系數的經驗計算可以用等式表示。其中Q是流經MMS的熱量，L是兩個熱電偶T1和T2之間的距離。
Cu-D22-H13導熱系數的理論計算值為55.19 W/m-K。理論計算是在由每種材料的3 mm厚部分組成的Cu-D22-H13 mm上進行的。實驗結果顯示Cu-D22-H13 MMS具有43.1 W/m-K的熱導率與純H13相比，用D22將Cu結合到H13上，總熱導率增加了100 %。然而，當這三種材料具有相同的體積時，就會得到這個結果分數(每種材料3 mm厚)。需要注意的是，銅的體積分數會顯著影響整體導熱率，如圖19c。隨著Cu體積分數的增加，熱導率呈正趨勢，趨勢為當Cu達到某一分數(∼70 %)時更尖銳。在較低的Cu百分比下，MMS的整體導熱性減弱但仍比純H13高100 %至200 %。為了最大化整體導熱性，在模具中應設計有褶皺的Cu體積。然而，為了保證模具的足夠的強度、耐磨性和耐腐蝕性，銅的量是有限的。
圖15 拉伸斷裂Cu-D22-H13 mm的電子圖像和EDS圖。(a)斷裂區域和(c)Cu-D22界面處材料的電子圖像。(b) Cu在斷裂區域，(d) Cu和(e) Ni在Cu-D22界面的EDS圖。
圖16.拉伸斷裂D22-H13 DJ的電子圖像和EDS圖。材料在(a)斷裂區域和(c)D22-H13界面的電子圖像。(b) Ni在斷裂區域，(d) Ni和(e) Fe在D22-H13界面的EDS圖。
圖17.(a) Cu-D22-H13 MMS和(b) D22-H13 DJ的拉伸斷裂形態。
圖18.Cu-H13 DJ和Cu-D22-H13 mm的維氏硬度測量
圖19.(a)通過MMS的熱流示意圖；(b)用于熱導率測量的穩態方法示意圖；(c)Cu-D22-H13 mm中的Cu體積分數對總熱導率的影響。
4.結論
為了使用DED技術將Cu與H13結合，兩個在本研究中，設計了用于制造MMS的實驗類型:在H13上直接沉積Cu，并且經由Ni基D22多層中間層�；谖⒂^結構表征、機械和熱測試，可以得出以下重要結論。
(1)在H13上直接沉積Cu會由于凝固開裂和由于CTE差異導致的高殘余應力的組合效應而導致開裂。通過使用Ni合金D22作為中間層，無缺陷的Cu可以成功地沉積在H13上。
(2)EDS分析表明元素含量在D22-H13界面經歷了急劇的轉變，表明較少的層間擴散(20微米距離)。然而，在Cu-D22界面上觀察到銅和鎳含量的轉變，揭示了更多連續元素擴散。Ni和Cu含量的整個躍遷跨越了800微米距離。
(3)在Cu-D22-H13 MMS上進行的拉伸測試顯示0.2%的YS187.2兆帕和241.1兆帕的UTS。DIC技術揭示變形主要發生在Cu區。Cu-D22-H13多晶合金在Cu區斷裂，表現出韌性斷裂機制。D22-H13 DJ有0.2 %YS和UTS分別為465.29兆帕和663.47兆帕。盡管試樣在D22區斷裂，但伸長主要位于H13區。對于這兩種類型的樣本，多種材料的界面幸存，表明一個強大的結合強度。
(4)由于激光硬化，在基底表面附近觀察到硬度增加，比基底金屬的硬度高三倍。在Cu-H13 DJ的界面處硬度急劇下降，但是當引入D22 as時，硬度逐漸下降中間層。
(5)熱導率測量表明，與純H13相比，Cu-D22-H13 MMS的熱導率提高了約100 %。Cu的體積分數會顯著影響總體熱導率，并且通過增加Cu-D22-H13 mm中的Cu體積，熱導率有正趨勢。
文章來源：Additive Manufacturing 36 (2020) 101474,Additive manufacturing of copper–H13 tool steel bi-metallic structures via Ni-based multi-interlayer,https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101474
(責任編輯：admin)
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