基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

张伟; 高远; 马青原; 彭英博; 武玺旺; 蓝阳; 陈宇轩; 陈治强

doi:10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2024179

湖南大学学报（自然科学版） ›› 2024, Vol. 51 ›› Issue (4) : 132 -139. DOI: 10.16339/j.cnki.hdxbzkb.2024179

基于金刚石热历史的超硬磨具激光增材制造工艺与组织性能优化

张伟, 高远, 马青原, 彭英博, 武玺旺, 蓝阳, 陈宇轩, 陈治强

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摘要

超硬磨具激光增材制造过程中，金刚石极易受到激光直接辐照和高温熔池的影响，出现石墨化等热损伤现象.选取典型的金刚石磨具用金属结合剂CuSn10粉末，采用粉末床熔融（Powder Bed Fusion-laser Beam,PBF-LB）技术制备CuSn10-金刚石复合材料；围绕高能激光束和高温熔池两个影响增材制造过程中金刚石颗粒性能的关键因素，以单颗金刚石颗粒为研究对象，通过有限元模拟分析构建金刚石颗粒的温度场模型，反映了金刚石颗粒在PBF-LB中的热演化过程；阐明了PBF-LB过程金刚石的热损伤机制，发现金刚石发生石墨化转变并不是由激光的直接辐照造成的，而是由高温熔池的热影响导致，CuSn10-金刚石复合材料在PBF-LB过程中石墨化的临界温度为1 491.6℃.建立了PBF-LB工艺-金刚石颗粒温度-石墨化程度-摩擦磨损性能的定量关系，发现随着金刚石颗粒温度的增加，其石墨化程度增加，严重损害了复合材料的摩擦磨损性能.