氣體是影響激光粉末床熔化過程中的重要因素，特別是，氣體的純度、密度和導熱性會強烈影響飛濺的產生、熱歷史和氧化。 了解大氣與飛濺特性的關系對于提高粉末的可回收性和整個過程的可持續性至關重要。 《Effect of processing gas on spatter generation and oxidation of TiAl6V4 alloy in laser powder bed fusion process》這篇論文通過綜合表面分析氣體對 TiAl6V4 的PBF-LB 激光粉末床熔化3D打印加工過程中飛濺產生和氧化的影響。

本期將分享以上相關研究論文的主要內容。

相關研究發表在Applied Surface Science上

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433222036170?via%3Dihub

 研究方法

論文研究了純 Ar氬、(Ar氬+He氦) 和 He 氦氣體對 TiAl6V4 處理過程中飛濺產生和氧化的影響。為了評估它們對雜質拾取和飛濺物形態的影響，進行了整體化學分析和掃描電子顯微鏡檢查。使用包括 X 射線光電子能譜、俄歇電子能譜和納米二次離子質譜在內的分析工具，對飛濺物表面氧化物的性質和厚度進行了全面檢查。

圖 a) 原始粉末樣品通過L-PBF工藝加工在不同氣體下的表現 b) Ar氬氣、c) Ar氬+He氦混合物和 d) He 氦氣中獲得的 Ti6Al4V 粉末形態的比較。

© ScienceDirect

大量化學分析表明，從原始到在標準氬氣氛中發生的飛濺，氧含量增加了 70%，氮含量增加了 3 倍。對于添加了He 氦氣體的氣氛，雜質的增加要低得多。表面分析表明，飛濺表面覆蓋有一層均勻的富含鈦和鋁的氧化物層以及鋁基氧化物顆粒。

 研究結論

與純氬相比，在氣氛中引入 He氦氣可將產生的飛濺量減少多達 30%。

     通過大量化學分析表明，在氬氣中收集的飛濺顆粒中氧 (增加70%)、氫 (增加300%) 和氮 (增加超過300%) 的增加量最高，其次是Ar氬+He氦和He氦氣。He氦氣的較高電導率有助于更快地冷卻飛濺物，從而限制氧化時間。

飛濺物與原始粉末的形態比較表明，飛濺顆粒也以不同方式氧化，其中一些飛濺表面上具有顆粒狀氧化皮。

     XPS 分析表明，氧化皮主要由富鋁和鈦基氧化層組成。AES 分析表明，根據飛濺的來源及其與激光和熔池相互作用的性質，飛濺具有不同程度的氧化。AES 分析證實，在濺射物上形成的氧化皮由混合的鋁鈦氧化物組成。

NanoSIMS 分析證實，原始粉末上覆蓋著一層薄薄的氧化物層，該氧化物層由鈦基氧化物和一些氧化鋁組成，而飛濺物的氧化鋁含量明顯更高。鋁基和鈦基氧化物之間的重疊表明存在混合氧化物。

     該研究表明，加工氣體強烈影響產生的飛濺量和氧化程度。由于氦氣的導熱系數較高，在大氣中引入氦氣可以大大減少飛濺產生的數量以及飛濺氧化的程度。基于飛濺對粉末可重復使用性的不利作用，這對提高粉末可重復使用性具有重大影響，因此可以降低成本，提高L-PBF激光粉末床熔化3D打印工藝的穩健性和可持續性。

(責任編輯：admin)

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