limЛитье и металлургияLitiyo i Metallurgiya (FOUNDRY PRODUCTION AND METALLURGY)1683-60652414-0406BNTU10.21122/1683-6065-2018-3-88-94lim-2315Research ArticleМатериаловедениеScience of materialsВлияние параметров импульсного лазерного воздействия на формирование градиента структуры пористых материалов из порошка титанаInfluence of parameters of impulse laser impact on the formation of the gradient of the structure of porous titanium powderМинькоД. B.MinkoD. V.

Minsk, 65, Nezavisimosti ave.

dminko@bntu.byБелорусский национальный технический университетБеларусьBelarusian National Technical UniversityBelarus201805102018038894Copyright © Минько Д.B., 20182018Минько Д.B.Minko D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://lim.bntu.by/jour/article/view/2315

Показана возможность селективного лазерного спекания градиентных пористых и компактно-пористых структур поверхностным оплавлением частиц порошка при сохранении твердого ядра, приводящего к образованию межчастичных контактов в присутствии жидкой фазы. Рассмотрено взаимодействие светового потока импульса лазерного излучения с поверхностью частиц порошка при многократном отражении. Показано, что воздействие одиночных импульсов лазерного излучения приводит к образованию спеченных структурных элементов порошкового материала, имеющих диаметр, примерно равный диаметру фокального пятна. Установлены технологические режимы импульсного лазерного воздействия, при которых происходит устойчивое контактообразование частиц порошка титана исследуемых фракционных составов. Экспериментально показана возможность получения порошковых материалов с градиентной структурой путем управления параметрами импульсного лазерного воздействия. Установлено, что точное дозирование тепловой энергии и количества импульсов лазерного излучения позволяет обеспечить минимальную усадку слоев порошка при отсутствии конгломерации частиц, управлять структурными характеристиками и свойствами изделий, сохранять микроструктуру и фазовый состав исходных материалов.

The possibility of selective laser sintering of graded porous and compactly porous structures by surface fusion of powder particles is demonstrated while maintaining a solid core, which leads to the formation of interparticle contacts in the presence of a liquid phase. The interaction of the light flux of the laser pulse with the surface of the powder particles under multiple reflection is considered. It is shown that the effect of single pulses of laser radiation leads to the formation of sintered structural elements of a powder material having a diameter approximately equal to the diameter of the focal spot. Technological regimes of pulsed laser action are established at which steady contact formation of titanium powder particles of the fractional compositions under study occurs. The possibility of obtaining powder materials with a gradient structure by controlling the parameters of pulsed laser action is experimentally demonstrated. It was found that accurate dosing of thermal energy and the number of pulses of laser radiation makes it possible to minimize shrinkage of powder layers in the absence of particle conglomeration, to control the structural characteristics and properties of products, to preserve the microstructure and phase composition of the initial materials.

порошоктитанимпульслазерсканированиетрекградиентмикроструктурафазовый составpowdertitaniumimpulselaserscanningtrackgradientmicrostructurephase compositionReferences. Niino M., Hirai T., Watanabe R. The functionally gradient materials // J. Jpn. Soc. Compos. Mater. 1987. Vol. 13. P. 257–264.. Niino M., Hirai T., Watanabe R. The functionally gradient materials. J. Jpn. Soc. Compos. Mater. 1987, vol. 13, pp. 257–264.. Meteinick J. The technology of rapid prototyping. Innovation Summer, 1992. P. 30–32.. Meteinick J. The technology of rapid prototyping. Innovation Summer, 1992, pp. 30–32.Hanninen J. Direct metal laser sintering. Advanced Materials & Processes. 2002, v. 160(5), pp. 33–36.Hanninen J. Direct metal laser sintering. Advanced Materials & Processes. 2002, vol. 160(5), pp. 33–36.. Yasuda Н., Ohnako I., Kaziura H., Nishivaki Y. Fabrication of Metallic Porous Media by Semisolid Processing Using Laser Irradiation // Materials Transactions. 2001. Vol. 42(2). P. 309–315.. Yasuda Н., Ohnako I., Kaziura H., Nishivaki Y. Fabrication of Metallic Porous Media by Semisolid Processing Using Laser Irradiation. Materials Transactions. 2001, vol. 42(2), pp. 309–315.. Belyavin K. E., Minko D. V., Chivel Yu. A, Pavlenko V. K. New Technology of Selective Laser Sintering. EURO PM2005 Congress and Exhibition. Proceedings. 2–5 October 2005, Prague, Czech Republic, 2005, vol. 2, pp. 171–176.. Belyavin K. E., Minko D. V., Chivel Yu. A, Pavlenko V. K. New Technology of Selective Laser Sintering. EURO PM2005 Congress and Exhibition. Proceedings. 2–5 October 2005, Prague, Czech Republic, 2005, vol. 2. pp. 171–176.. Белявин К. Е., Минько Д. В., Чивель Ю. А., Павленко В. К. Установка порошковой лазерной стереолитографии и области ее применения // Порошковая металлургия. 2007. Вып. 30. С. 35–43.. Belyavin K. E., Minko D. V., Chivel Yu. A, Pavlenko V. K. Ustanovka poroshkovoj lazernoj stereolitografii i oblasti ee primenenija [Equipment of powder laser stereolithography and the field of its application]. Poroshkovaja metallurgija  Powder metallurgy, 2007, vyp. 30, pp. 35–43.. Fischer P., Romano V., Weber H. P., Karapatis N. P., Boillat E., Glardon R. Sintering of commercially pure titanium powder with a Nd: YAG laser source // Acta Materialia. 2003. Vol. 51. P. 1651–1662.. Fischer P. Romano V., Weber H. P., Karapatis N. P., Boillat E., Glardon R. Sintering of commercially pure titanium powder with a Nd: YAG laser source. Acta Materialia. 2003, vol. 51, pp. 1651–1662.. Belyavin K. E., Minko D. V., Bykov R. P., Kuznechik O. O. Investigation of influence of Pulse-periodical laser radiation power on stability of liquid-metal contacts between powder Particles during selective laser sintering. Extended Abstracts of 2006 Powder Metallurgy World Congress, September 24–28, 2006. BEXCO, Busan, Korea, 2006, part 1, pp. 518–519.. Belyavin K. E., Minko D. V., Bykov R. P., Kuznechik O. O. Investigation of influence of Pulse-periodical laser radiation power on stability of liquid-metal contacts between powder Particles during selective laser sintering. Extended Abstracts of 2006 Powder Metallurgy World Congress, September 24–28, 2006. BEXCO, Busan, Korea. 2006, part 1, pp. 518–519.. Белявин К. Е., Минько Д. В., Быков Р. П., Кузнечик О. О. Исследование влияние мощности импульсно-периодического лазерного излучения на устойчивость жидкометаллических контактов между частицами порошка при селективном лазерном спекании // Порошковая металлургия. 2006. Вып. 29. С. 268–272.. Belyavin K. E., Minko D. V., Bykov R. P., Kuznechik O. O. Issledovanie vlijanie moshhnosti impul’sno-periodicheskogo lazernogo izluchenija na ustojchivost’ zhidkometallicheskih kontaktov mezhdu chasticami poroshka pri selektivnom lazernom spekanii [Investigation of the influence of pulsed-periodic laser radiation on the stability of liquid metal contacts between powder particles under selective laser sintering]. Poroshkovaja metallurgija  Powder metallurgy, 2006, vyp. 29, pp. 268–272.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.