微小金属非均质件熔滴/粉末按需喷射沉积制造的基础研究

本项目针对现有微小金属非均质件快速制造技术普遍存在的工序复杂、无法实现一次近净成形等问题，提出金属熔滴/粉末联合沉积反应快速制造新技术，直接由熔融金属定点、定量地沉积制造出微小金属非均质件，满足零构件的特殊性能需求，达到微小金属非均质件设计/制造一体化的目的。通过研究熔滴粉末联合沉积协调控制系统、金属熔滴及粉末的定点定量沉积机理、熔滴粉末反应熔合机理以及熔滴粉末联合沉积工艺参数的协调匹配等内容，突破微小金属非均质件快速制造工艺的关键技术，探讨沉积参数、显微结构、力学性能之间关系，通过优化沉积控制参数，最终确立熔滴粉末联合喷射沉积的协调控制方案，制备出组织成分、功能特性按需分布的微小金属非均质件原型。本项目的突破有望为微小金属非均质件的设计制造开辟一条新途径，对熔滴喷射快速制造技术向低成本、高效率方向发展具有重要的推动作用。

针对微小金属非均质件快速制造技术普遍存在工序复杂、无法实现一次近净成形等问题，本项目开发了一种基于金属熔滴/粉末联合反应沉积的新型快速成型制造技术，可由熔融金属/粉体逐点、逐层沉积直接制造出具有复杂结构与特殊性能的微小金属非均质件。本项目开展的研究工作主要包括以下几方面。.（1）设计开发了联合控制试验平台及其控制系统，将均匀液滴喷射控制技术、超声微量给粉控制技术、金属材料感应加热技术、沉积平台运动控制技术以及过程实时检测技术集成为一体，实现了金属熔滴/粉末的联合按需沉积；.（2）通过实验与数值模拟仿真研究，建立了金属熔滴形成、飞行、碰撞各阶段的动力学及热力学模型，预测了不同实验条件对熔滴形成与稳定沉积以及多熔滴重熔等方面的影响，确立了稳定熔滴产生、定位以及重熔的关键条件，为控制策略制定提供了理论依据；.（3）通过计算多材料组元反应熔合热力学条件，建立了熔滴/粉体间的反应动力学模型，获得了非均质件的熔合沉积条件；.（4）系统开展了熔滴/粉末联合沉积实验研究，探讨了熔滴温度、射流频率、基板运动速度、粉末喷射速度等工艺参数对成型过程的影响规律，解决了微小金属非均质件快速制造工艺的关键问题，初步确立了微小金属非均质件熔滴/粉末联合沉积快速制造方法；.（5）利用光学显微镜、扫描电镜以及EDS能谱分析仪等先进检测设备，对沉积所得非均质件力学性能和断裂特征进行了观测表征，并探讨了沉积参数、显微结构、力学性能之间关系，通过选取合理的沉积控制参数，最终确立了熔滴/粉末联合喷射沉积的协调控制方案。.　　本项目在国内外(含会议)发表学术论文19篇(SCI收录12篇、EI收录18篇)；并完成博士论文2篇，硕士论文1篇。本项目为微小金属非均质件的设计制造开辟一条新途径，对熔滴喷射快速制造技术向低成本、高效率方向发展起到了重要的推动作用。