3. 实验测量

初始的表面形貌的获得是根据复杂的部件来作为实验对象。事实上，实际上有很多办法来制备功能部件。LMD工艺是一种基于垂直面或平面的制造策略。初始的表面形貌是扫描策略的函数。依据复杂部件的制造要求，见图3，采用垂直策略来制造 316L薄壁截面部件。在LMD和LP中均使用Ar进行保护以防止表面发生氧化。

4. 研究结果

A初始的形貌

最终的表面形貌取决于抛光参数、扫描策略和初始的部件表面形貌。同研磨的表面不同，激光抛光后的表面形貌是均匀的，LMD的表面则更加复杂无章法、不均匀和由两种不同的织构所组成，见图4所示。这些现象是同层层沉积的方法相关联的。第二种是紊乱的，则是部分未熔化的粉末造成的。这一现象可以依据表面的颜色来区分。依据所采取的制造策略，Ar并不能充分的进行保护。换言之，有效地气体保护取决于Ar气流的方向。

B可行性研究

实验的第一个考虑就是激光抛光的可行性研究，其研究是依据两个不同的情况进行开展。这些目标是指最终的形貌光滑程度和抛光后的表面。在这一研究中，将分析主要几种对表面的影响上。激光抛光之后，其表面并没有被冲击，其表面实现了光滑，然而，最终的形貌并不是完美的光滑和并不是最优的结果，见图5所示。最终的形貌仍然包括缺陷，如材料的熔滴和微裂纹等，这些材料的熔滴会增加材料表面的粗糙度和影响摩擦性能，微裂纹的存在会降低材料的表面疲劳抗力。此外，激光抛光还会造成变形，这一变形时抛光薄的表面时的传热造成的。

C 对材料熔滴缺陷的冶金分析

为了了解表面缺陷的成分，采用扫描电镜进行了分析。其分析结果表明材料熔滴中存在SiO2氧化物，见图6所示。Si来自AISI 316L粉末，在激光抛光的过程中变成SiO2氧化物熔滴，氧化物的形成同LMD制造的表面环境相关。

5. 参数优化

为了提高表面的光滑程度，采用了多道扫描策略进行抛光。多道抛光就是采用同一激光参数对同一位置进行抛光。依据抛光参数的不同，扫描次数可以是一次到5次。结果，增加扫描道次会提高表面形貌的光滑程度，见图7所示。经过五次抛光之后，初始的形貌得到了极大的改善，见图8所示。这一抛光策略可以将表面粗糙度从初始的Sa为21μm下降到0.79μm，其表面粗糙度减少量为 96%。

▲图3. 复杂的LMD制造策略的过程

▲图4. LMD表面的形貌图

▲图5. 激光抛光（LP）前后表面的形貌图及其表面缺陷

▲图6. 熔滴缺陷的材料成分

▲图7. 依据扫描道次所得到的形貌的演变图

▲图8. 扫描5道后激光抛光前后的粗糙度的轮廓图

▲图9. 增加扫描道次之后SiO2氧化物现象的演变图

此外，多扫描道次会减少表面氧化物的数量，见图9所示。扫描道次的增加会形成一个定向的氧化硅，遵循激光的方向。5道扫描之后，氧化硅现象会减少。在每一道扫描时，会发现裂纹的存在。经过多道扫描之后，微裂纹会消除。一个不陡峭的的显微结构现象在多道扫描之后会发生且没有裂纹存在，见图10所示。

▲图10. 多道扫描之后的组织变化图

▲图11. LMD制造时Ar的保护对激光抛光形貌的影响

B氧化硅熔滴含量的下降

为了减少氧化硅产物的含量，一个含污染的胞应用起来。环境促使了均匀的气体流速和LMD工艺过程中的熔池被笼罩，从而限制了氧化，见图11。事实上，Si的含量会随着Ar含量的降低而降低。结果，在LMD的表面的Si浓度降低会降低SiO2氧化物的含量。

文章来源：《中国金属通报》 网址: http://www.zgjstbzz.cn/zonghexinwen/2021/0622/1283.html