了得網工業技術_金屬基復合材料3D打印技術

編輯推薦

本書為“3D打印前沿技術叢書”中的一冊。本叢書由盧秉恆院士、王華明院士、聶祚仁院士擔任專家顧問，史玉升教授擔任專家委員會主任兼任總主編。本書由華中科技大學宋波、文世峰、魏青松、闫春澤等教授撰寫，內容包括復合材料的種類與應用前景，傳統制備復合材料的方法與存在的問題,3D打印制備復合材料的意義與優勢，制備復合材料的各類3D打印原理與特點。
全書彩色印刷、硬殼精裝。本書的面世將對從事3D打印復合材料科研的工作者起到指導作用，對整個3D打印行業的進步起到推動作用，對未來3D打印復合材料的制備起到理論指導作用。

內容簡介

本書內容包括復合材料的種類與應用前景，傳統制備復合材料的方法與存在的問題,3D打印制備復合材料的意義與優勢，制備復合材料的各類3D打印原理與特點。重點講述復合材料的粉末制備原理與制備方法，詳細闡明了金屬基復合材料的3D打印工藝，涉及鐵基、鋁基、鈦基等復合材料，分析了其增強相增強原理，也指出了成形過程中一些常見的缺陷(裂紋、孔隙等)及其產生的原因，提出了解決方法。*後，展望了激光3D打印金屬基復合材料的應用前景。
本書的面世將對從事3D打印復合材料科研的工作者起到指導作用，對整個3D打印行業的進步起到推動作用，對未來3D打印復合材料的制備起到理論指導作用。

作者簡介

宋波，華中科技大學材料科學與工程學院副教授。目前也擔任多個國際SCI期刊Scripta Materialia，Journal of Alloys and Compounds，Surface and Coatings Technology，Materials & Design等特約審稿人。與法國、美國、英國、中國等多個地區的著名研究團隊長期保持緊密的學術與科研聯繫。研究方向包括3D打印技術、粉末冶金、材料與結構設計、先進功能零件與塗層。相關研究成果獲5項發明專利受理，已在國際SCI期刊累積發表近40篇。

第1章緒論(1)
1.1金屬基復合材料(1)
1.1.1金屬基復合材料定義(1)
1.1.2金屬基復合材料特征(1)
1.2傳統技術制備金屬基復合材料(1)
1.2.1液態制備方法(2)
1.2.2固態制備方法(3)
1. 33D打印技術(3)
1.3.1技術原理(3)
1.3.2技術分類(4)
1.4SLM和傳統技術的區別(8)
1.4.1成形策略(9)
1.4.2微觀結構(9)
1.4.3缺陷特點(9)

第1章緒論(1)

1.1金屬基復合材料(1)

1.1.1金屬基復合材料定義(1)

1.1.2金屬基復合材料特征(1)

1.2傳統技術制備金屬基復合材料(1)

1.2.1液態制備方法(2)

1.2.2固態制備方法(3)

1. 33D打印技術(3)

1.3.1技術原理(3)

1.3.2技術分類(4)

1.4SLM和傳統技術的區別(8)

1.4.1成形策略(9)

1.4.2微觀結構(9)

1.4.3缺陷特點(9)

1.4.4性能與應用(10)

1.5SLM制備金屬基復合材料的優勢與意義(11)

1.6本書概要(12)

參考文獻(12)

第2章激光選區熔化制備金屬基復合材料(14)

2.1鐵基復合材料(14)

2.1.1SiC/Fe復合材料(14)

2.1.2Cr3C2/Fe復合材料(19)

2.1.3TiN/AISI 420不鏽鋼復合材料(27)

2.1.4nHA/AISI 316L不鏽鋼復合材料(45)

2.1.5FeCoCrMoCBY/AISI 316L不鏽鋼復合材料(56)

2.1.6TiB2/S136模具鋼復合材料(59)

2.2鈦基復合材料(69)

2.2.1TiB2/Ti6Al4V復合材料(69)

2.2.2TiB2/Ti45Al2Cr5Nb復合材料的SLM制備(97)

2.3鋁基復合材料(111)

2.3.1CNTs/AlSi10Mg復合材料(111)

2.3.2TiC/Al15Si復合材料(119)

參考文獻(122)

第3章激光3D打印金屬基復合材料的應用(124)

3.1航空航天領域(124)

3.2生物醫療領域(125)

3.3模具領域(126)

參考文獻(127)

第4章3D打印金屬基復合材料存在的問題與展望(129)

4.1存在的問題(129)

4.1.1裂紋(129)

4.1.2球化效應(130)

4.1.3孔隙(131)

4.1.4研究總結與展望(131)

4.2展望(132)

4.3鈦基復合材料(132)

參考文獻(133)

前言

金屬基復合材料兼顧高比強度、高韌度和高耐磨性，在航空航天等領域具有巨大的應用潛力。然而，在面向復雜金屬基復合材料構件的成形過程中，傳統的制備與成形方法面臨以下問題：①材料制備與零件成形分離，流程長，靈活度低；②復合材料界面結合困難，性能難控。
金屬增材制造（additive manufacturing,AM）借助三維數字模型設計，通過軟件將復雜的三維結構離散為二維平面，采用激光束、電子束等高能束將粉末材料逐層熔化堆積成形，制造出實體產品。激光選區熔化（selective laser melting, SLM）作為一種典型的金屬增材制造技術，有望突破傳統制造方法難成形金屬基復合材料的瓶頸，成形出兼具性能優異、結構復雜的精密構件。然而，由於激光與粉末交互作用復雜，粉末材料被激光輻照後，形成的熔池溫度場和流動場有別於傳統的鑄造過程，其微觀組織呈現出晶粒素偏析、微細裂紋等特性，宏觀表現出的性能呈現出高強度、低塑性和低疲勞性等特性。面向SLM成形特性，作者致力於SLM與粉末作用機理及其工藝優化研究，在激光與粉末交互作用、材料制備、工藝優化及性能提升等方面取得創新成果。本書主要內容包括：介紹了現有增材制造（3D打印）分類，闡述了增材制造與傳統制備方法的工藝差異，提出了面向幾種典型金屬基復合材料的SLM材料制備與結構成形一體化技術。此外，也展望了SLM成形技術的應用範圍及未來研究趨勢。
全書分為四章。第1章概述3D打印的技術原理、與傳統加工方法的差異、優勢及意義；第2章介紹了SLM制備與成形金屬基復合材料；第3章與第4章闡述SLM應用、現狀及發展方向。

金屬基復合材料兼顧高比強度、高韌度和高耐磨性，在航空航天等領域具有巨大的應用潛力。然而，在面向復雜金屬基復合材料構件的成形過程中，傳統的制備與成形方法面臨以下問題：①材料制備與零件成形分離，流程長，靈活度低；②復合材料界面結合困難，性能難控。
金屬增材制造（additive manufacturing,AM）借助三維數字模型設計，通過軟件將復雜的三維結構離散為二維平面，采用激光束、電子束等高能束將粉末材料逐層熔化堆積成形，制造出實體產品。激光選區熔化（selective laser melting, SLM）作為一種典型的金屬增材制造技術，有望突破傳統制造方法難成形金屬基復合材料的瓶頸，成形出兼具性能優異、結構復雜的精密構件。然而，由於激光與粉末交互作用復雜，粉末材料被激光輻照後，形成的熔池溫度場和流動場有別於傳統的鑄造過程，其微觀組織呈現出晶粒素偏析、微細裂紋等特性，宏觀表現出的性能呈現出高強度、低塑性和低疲勞性等特性。面向SLM成形特性，作者致力於SLM與粉末作用機理及其工藝優化研究，在激光與粉末交互作用、材料制備、工藝優化及性能提升等方面取得創新成果。本書主要內容包括：介紹了現有增材制造（3D打印）分類，闡述了增材制造與傳統制備方法的工藝差異，提出了面向幾種典型金屬基復合材料的SLM材料制備與結構成形一體化技術。此外，也展望了SLM成形技術的應用範圍及未來研究趨勢。
全書分為四章。第1章概述3D打印的技術原理、與傳統加工方法的差異、優勢及意義；第2章介紹了SLM制備與成形金屬基復合材料；第3章與第4章闡述SLM應用、現狀及發展方向。
本書主要由華中科技大學宋波、文世峰、魏青松、闫春澤撰寫，具體分工如下：第1章由宋波組織撰寫，華中科技大學章媛潔參與了撰寫工作；第2章由華中科技大學魏青松、闫春澤撰寫，中國地質大學（武漢）周燕，華中科技大學蔡超、李偉、王志偉、趙曉、程靈鈺、章媛潔、胡輝參與了撰寫工作；第3章由華中科技大學文世峰撰寫；第4章由華中科技大學宋波撰寫；華中科技大學史玉升擔任本書主審。王敏、範軍翔、魏帥帥、張志參與了校對工作。
由於作者水平有限，書中難免有疏漏之處，懇請廣大讀者批評、指正。

著者

2020年8月

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本書為“3D打印前沿技術叢書”中的一冊。本叢書由盧秉恆院士、王華明院士、聶祚仁院士擔任專家顧問，史玉升教授擔任專家委員會主任兼任總主編。本書由華中科技大學宋波、文世峰、魏青松、闫春澤等教授撰寫，內容包括復合材料的種類與應用前景，傳統制備復合材料的方法與存在的問題,3D打印制備復合材料的意義與優勢，制備復合材料的各類3D打印原理與特點。
全書彩色印刷、硬殼精裝。本書的面世將對從事3D打印復合材料科研的工作者起到指導作用，對整個3D打印行業的進步起到推動作用，對未來3D打印復合材料的制備起到理論指導作用。

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