领略原始、积聚和反复利用粉末的激光增材创筑（LAM）历程中的缺陷变成看待临蓐高质地的增材创筑零件至合要紧。本文查究了LAM历程中粉末氧化对熔池动力学和缺陷变成的影响。正在LAM时期，粉末氧化物被夹带到熔池中，将Marangoni对流从向内的离心流转折为向表的向心流。假设氧化物推进孔隙成核、平静和滋长。咱们观望到，与逐层前提比拟，正在悬垂前提下飞溅更一再激光的危害。液滴飞溅可通过间接激光驱动的气体膨胀和熔体表观的激光诱导金属蒸汽变成。正在逐层筑造前提下，激光再熔化通过推进气体从锁孔开释或通过诱导液体活动（个别或全部填充预先存正在的孔隙）来减幼孔径漫衍和数目密度。咱们还观望到，正在激光再熔化历程中，位于轨道表观的孔或许会碎裂，导致变成液滴飞溅和盛开孔，或通过Marangoni流愈合孔。这项查究证明，粉末原料中过量的氧气或许会导致LAM中的缺陷变成。

　　图形摘要：使器拥有原位和操作性X射线成像的激光增材创筑工艺复造器（a）同意正在激光-物质彼此效率时期捉拿（b）孔隙和（c）飞溅物的变成。其它，咱们举办了post mortemX射线策动机断层扫描明白（d），揭示了熔体轨迹内的两品种型的孔隙：（i）盛开孔隙和（ii）关闭孔隙。

　　激光增材创筑（LAM）利用聚焦激光束逐层拔取性地将粉末颗粒调解正在沿途，以修筑丰富的3D物体。它正在航空航天、核聚变和储能操纵范围拥有浩大的远景；然而，LAM技巧正在这些范围的操纵受到了部件本能不划一的挫折。全体而言，因为渣滓应力的累积和缺陷（如孔隙率、球化和裂纹）的存正在，增材创筑部件的呆滞、热和电本能低于锻造部件。

　　MAM技巧使得从粉末或线材原料逐层修筑零件成为或许（图1）。激光或电子束或等离子弧普通用于拔取性地将原料熔化正在沿途（凭据策动机天生的打算文献），同意通过一语气光栅化光束和填补原料来修筑零件3。与古代手法比拟，该工艺拥有多种上风，席卷可能临蓐空心和轻质零件、拥有古代无法临蓐的几何形势的零件以及正在现场举办维修的才力。与古代的金属加工比拟，MAM的一个万分上风是可能正在短年华内以更少的财政投资临蓐万分幼批量的零件（与务必创筑高贵模具的锻造比拟），使其成为幼批量或一次性零件和敏捷原型筑造的理念拔取。这些上风使MAM正在通常的行业中拥有吸引力，席卷生物医学工程，运输和国防。

　　只管策动机模仿可能供应对增材创筑（AM）历程的少许物理剖释，但它们需求模子验证和验证的试验数据，越发是合于熔池和缺陷动力学的试验数据。可能利用安设正在AM体系上的现场监测摆设征求少许数据。然而，当变成单层或多层轨道时，这些装备不行揭示熔融池或熔融轨道内部的动态行动（比如，孔隙率的演变和缺乏熔合缺陷）。

　　正在这里，咱们的方针是寻得区别水准的粉末氧化若何影响AM工艺，席卷其对熔池动力学和缺陷变成的影响。为此，咱们利用原位和操作性同步辐射X射线成像及时监测LAM历程。咱们通过查究利用原始和氧化（积聚约1年）的因瓦36粉末原料的LAM来查究粉末氧化的影响。咱们的结果揭示了氧化物若何逆转Marangoni活动，直接影响区别类型缺陷的变成。

　　氧化粉末的粒度漫衍为5–70 μm，形式为10 μm（图1）。插图SEM图像显示了B2被氧化物笼盖之前的粉末表观（图1a），然而，它显示了B1之前的原始粉末的相像样式和形势。XRD图谱（图1b）与预期的面心立方γ-（Fe，Ni）相划一激光FDA。

　　粉末表观化学对熔池动力学的影响尚不大白，所以咱们利用XPS搜检了原始（参考）和氧化殷钢36粉末的粉末表观。图2显示了两种粉末样品中Ni 2p、Fe 2p、O 1s和C 1s的高阔别率扫描，显示了Fe、Ni、FeO、Fe2O3、NiO、Ni（OH）2和大概碳污染物的存正在。

　　从Ni（图2a和e）和Fe（图2b和f）的高阔别率XPS扫描中，金属、金属氧化物和金属氢氧化物的形势和峰面积百分比万分相像。这证明金属氧化物/氢氧化物正在粉末加工历程中很容易变成，席卷正在粉末包装和粉末迁徙历程中。正在LAM时期，金属氢氧化物很或许会热分析成金属氧化物，然后开释到熔池中。熔池中氧化铁和氧化镍的存正在会使其表观张力的温度系数从负变为正，导致马兰戈尼对流逆转，发生向心对流。

　　原始粉末熔体轨迹演变的初始、中心和最终阶段如图3a所示。高功率密度激光束熔化因瓦36粉末颗粒以变成熔池，随后蒸发熔池的顶表观以变成金属蒸汽射流。咱们假设金属蒸汽射流间接加热激光-物质彼此效率区中的氩气；这两种效应都市推进粉末夹带进入熔池、飞溅和轨迹滋长。当激光束的转移速率凌驾熔池的滋长速率时，它会正在熔池轨迹之前发生一个孤独的熔池。

　　咱们的结果证明，激光-熔体轨道彼此效率发生了激光诱导的蒸汽射流和笔直于熔体轨道表观的反冲压力，正在发生剥蚀区的同时喷射粉末（图3和图4）。咱们料到激光水平仪，剥蚀带呈倒钟形，含有高浓度的金属蒸汽（图4a）。高温金属蒸汽间接加热方圆的氩气，正在剥蚀区内发生对流或向内的氩气流，推进蒸汽驱动的粉末夹带，以延伸熔体轨迹。

　　正在悬置修筑时期，熔融轨迹正在水准倾向上扩展的同时更深地延迟到粉末床中，由于熔融轨迹邻近的粉末颗粒通过金属蒸汽和热氩气的组合被去除。激光束将粉末更深地熔化到粉末床中，并正在熔化轨迹之前（图4a），从而下降了熔化轨迹延迟时的滋长速率。激光束赓续转移，最终照耀到熔体轨迹前线的粉末上，变成新的熔珠（图4b）。有时，激光束正在第一熔珠之前转移，正在滋长第一熔珠的同时变成另一熔珠，由于激光束轮廓足够宽以与熔珠和两个熔珠之间的粉末彼此效率。

　　看待原始粉末，飞溅物正在全盘尺寸种别中大致呈球形。看待氧化粉末，I类和II类飞溅物形势犯罪规，由团圆粉末变成。坊镳挫折了向球形液滴的粗化，表明氧化物正在化学和/或物理上区别。III类飞溅物紧要由表观被团圆粉末笼盖的液滴飞溅物构成。证据大白地证明，粉末氧化猛烈影响粉末团圆、孔隙变成和孔隙平静。

　　样品上的疏松粉末正在拍摄光学图像之前被压缩气氛吹走。轨道的顶视图和侧视图差别显示正在上图（a）和 （b） 中。观望到少许颗粒正在轨道上烧结。一种模范的残留颗粒类型是凝结的液体飞溅物，如血色圆圈所示。液体飞溅的尺寸可能比原粉的尺寸大得多。当少许冷颗粒飞溅（与生粉巨细肖似）进入激光束区域时，颗粒可能熔化成幼液滴。大液体飞溅可能通过幼液滴的碰撞变成。凝结的大飞溅物会导致收工零件闪现缺陷，由于（1）飞溅物或许领导高水准的氧含量，从而削减基材的润湿。（2）正在激光扫描历程中，大飞溅物或许无法全部熔化，从而成为孔隙天生的潜正在部位。

　　正在氧化粉末查究中，咱们揭示了第二层熔体轨迹的LAM历程中的区别破孔机造，如图6所示。激光束变成幼孔，穿透第二粉末层并从头熔化第一层熔体轨迹的顶面（图6a）。激光再熔化推进了熔池中的孔隙传输中粉末氧化对缺陷形成的影响，同意气孔通过锁孔逸出到大气中，相似的观望结果显示正在第一层熔体轨迹和图3b中。为了举办气体夹带激光类型3b激光增材制造，这些气孔务必位于约隔绝粉末床表观1 mm（基于咱们的配置）。

　　7 ms时，激光从头熔化第一层熔化轨道的表观并变成液桥（由紫色虚线 ms之间 ，激光束使液桥的尺寸扩张一倍，同时加快其内部熔体活动，从而推进孔的聚结、滋长和传输。通过34。8 ms，Marangoni驱动的气流向液桥两头夹带气孔，明显衰弱其布局完好性。激光束会提升气孔方圆资料的温度，加热气孔（见血色虚线箭头），并按比例放大气孔的体积。一愤怒体压力凌驾液桥的表观张力，液桥就会碎裂（35 ms），并行动液态金属流（36 ms），变成液滴飞溅。所以，闭合孔隙碎裂翻开，正在熔体轨道表观留下凹痕或凹坑。

　　。与第二层熔融轨迹相似，激光束正在熔融轨迹前部的盛开孔上方熔化粉末，变成暂且关闭孔的液桥。跟着LAM的开展，激光束正在孔内惹起间接激光驱动的气体膨胀，这降服了液桥的强度，导致孔碎裂，随后变成盛开孔和液滴飞溅。这一可反复的观望结果证明，孔碎裂是氧化粉末LAM中液滴飞溅和开孔的环节变成机造，或许合用于原始粉末的LAM。

　　激光束穿透第二层和第三层熔体轨迹，翻开预先存正在的孔（361 毫秒）。气体正在预先存正在的孔隙内径向膨胀，向上胀励液态金属（362 毫秒）。随后，由高表观张力驱动的液态金属扭转回到顶部轨道（由血色虚线箭头指示），愈合毛孔。液态金属的向内活动或许是由马兰戈尼对流胀励的，与液态金属的重量相连合，导致熔池向上盘旋并回落，从而修复孔隙（361-363 毫秒）。

　　行动新能源家当的更生力气，越南光伏科技有限公司采用国际进步的临蓐摆设和严紧的检测仪器，以当先的工艺技巧及肃穆的品格管控惠临蓐高品格高牢靠性的太阳能组件。正在探求自己发达的同时，也很是器重境遇与经济妥协发达，正在为客户创造代价以表也踊跃钻营施行社会职守。企业目前已通过ISO9001，ISO14001和OHSAS 18001等认证，公司产物方面连续通过TUV、UL、VDE、CSA、和MCS等国际巨擘机构的认证，墟市笼盖局限陆续放大并博得海表里客户的通常承认相干激光器co2。

　　图9a显示，原始粉末发生的熔体轨迹显示出0。08%的孔隙率。凭据XCT数据的阔别率，熔体轨迹显示没有盛开孔，但包蕴少许面积当量直径为10 μm。图9b显示，氧化粉末发生的熔体轨迹的总孔隙度为15。1%，个中三分之二（8。6%）为开孔，三分之一（6。5%）为闭孔。

　　两个AlSi10Mg样品差别正在商用AM呆板中创筑，层厚差别为50μm和30μm。两个样品的横截面笔直于筑设倾向切割。两个横截面的光学图像如图上图（a，b）所示。飞溅惹起的孔隙可能正在拥有较厚层（50μm）的样品中找到，如图（a）所示。然而，正在拥有较薄层（30μm）的样品中很少创造飞溅惹起的缺陷。两个样本的密度也援手上述观望结果。50 μm 层样品的密度为 2。5648 g/cm3，低于 30 μm 层样品的密度！

　　通过SEM-EDS、IGF-IR和XPS表征了三品种型的粉末，席卷B1的原始粉末、B2的氧化粉末和参考原始粉末。氧化粉末因为粉末打点和/或正在非理念前提下长久积聚而发生的氧气而显示出氧化物层厚度的扩张。

　　量化结果和提出的机造证明，通过利用低氧含量的金属粉末，增添剂创筑中的缺陷可能最幼化。开孔和液滴飞溅的新变成机造可能加强现有的工艺模仿模子，以预测这些缺陷。熔体轨迹几何随年华的量化可用于校准模仿模子，以确切预测LAM时期的流体活动行动。末了，随年华变更的孔隙器度化可用于验证和加强现有工艺模仿，以正在逐层修筑前提下举办缺陷预测。