高服役要求模具型面激光熔化沉积制造基础问题研究

Molds used in aerospace, ship, nuclear power and weapon industry are faced with severe performance requirement on their mold-face, which have complex surface, large-size, nano-level surface roughness, homogenous mechanical properties and elements distribution. This layer-by-layer technique enables rapid prototyping of functionally graded materials along any trace, meanwhile the laser melting deposition (LMD) forming method has advantages for homogeneous material, fine microstructure and high-performance, which make it to be an effective mean for manufacturing mold-face. Based on the occurrence of dense-point defects and interface crack problem during LMD mold, this study focuses on the finding of mechanism of defects，the crack behavior and controlling mechanism between dissimilar material interface, the transformation behavior of defects zone and interface and reasonable process window for high-quality mold. Novel mold making theory and method by LMD method defects-free surface and metallurgical bonded will be presented. This novel method will solve the forming problem of mold with nano precision mold-face.

高服役要求模具广泛应用于航空航天、船舶、核电、兵器等各个领域，其服役型面使用工况严苛，具有型面复杂、大尺寸、纳米级表面质量、成分及力学性能均一等特点。激光熔化沉积技术可实现异种材料沿任意空间轨迹沉积，具备成分均一、组织细小、综合性能优异等优势，是制备模具型面的重要手段。本项目针对高服役要求模具型面激光熔化沉积制造中的密集点状缺陷、界面断裂失效等问题，研究密集点状缺陷形成机理和控制机制、异质界面断裂行为和调控方法、缺陷及界面的形性演变机制、可靠性工艺窗口等内容，形成密集点状缺陷控制和异质界面稳定结合的新理论和新方法，解决高服役要求模具纳米级型面一体化制备的技术难题。

高服役要求模具广泛应用于航空航天、船舶、核电、兵器等各个领域，其服役型面的使用工况严苛，具有型面复杂、大尺寸、纳米级表面质量、成分及力学性能均一等特点。激光熔化沉积工艺为大厚度/大型面尺寸高性能镜面模具制造提供了新的思路，以普通模具钢材料为基体，并依次在过渡区和型面区沉积高韧性材料、高性能模具钢材料，形成异质材料梯度结构，可实现大尺寸高性能模具低成本、一体化制造，具有型面硬度高和抛光性好、过渡区界面结合性好、整体韧性高等优势。.本项目针对高服役要求模具型面激光熔化沉积制造中的密集点状缺陷、界面断裂失效等问题，研究密集点状缺陷形成机理和控制机制、异质界面演变机制、界面结合优化方法等难题，形成密集点状缺陷控制和异质界面稳定结合的新理论和新方法，解决高服役要求模具纳米级型面一体化制备的技术难题。精密抛光到纳米级表面粗糙度状态下，会在表面形成弥散分布的点状缺陷，其尺度范围在20~130μm，缺陷形态呈扁平型。通过提高功率密度、降低环境氛围及粉末氧含量等方式，可以有效调控其凝固微结构特性，消除密集点状缺陷。同时获得了型面层高硬度材料与中间层材料的界面稀释行为及结合特性，并结合相图和成分分析阐述了其转变规律，提出了梯度功率设置对于优化界面转变区具有重要意义。.对于与传统锻造态镜面模具，增材制造模具成形注塑透明件在表面缺陷、光畸变、透光率、雾度、残余应力等多个方面符合航空注塑透明件使用要求。