伦敦大学学院顶刊丨激光定向能量沉积增材过程熔池流动的热电磁流体动力学控制

1年前浏览4555

激光定向能量沉积（DED）是一种增材制造（AM）技术，主要用于组件修复和表面涂层制备。虽然DED具有许多优点，但其发展仍然面临许多挑战，如有限的几何精度和不良的微观结构特征（如孔隙率、裂纹等）。这些微观结构特征主要受到熔池流动的影响。

通常，熔池流动以多种方式影响凝固微观结构。例如，微观结构主要受局部热梯度和凝固速率的控制，因此熔体流动可以强烈地影响微观结构的形成。此外，由于热量和质量传递，熔池流动会显著影响熔池的几何形状。熔池几何形状的变化会影响晶粒的生长方向，从而形成独特的纹理和晶粒形态。因此，熔池流动是熔池动力学、凝固和微观结构形成的核心。然而，由于熔池在DED过程中规模较小（长度约为1毫米）且温度较高，我们仍然缺乏有效控制熔池流动的方法。

外部磁场的应用在控制增材制造中的熔体流动方面具有巨大的潜力。当施加外部磁场时，它通过热电磁流体动力学（TEMHD）效应改变熔体流动的力，从而有可能改变最终的微观结构。然而，我们对TEMHD作用的范围和基本机制仍不清楚。本研究使用原位高速同步加速器X射线照相和异位断层扫描技术来追踪钨颗粒的流动，以揭示定向能量沉积增材制造（DED-AM）过程中TEMHD诱导的流动结构。当没有施加磁场时，马兰戈尼对流主导流动，导致颗粒分布相对均匀。在平行于扫描方向施加磁场时，TEMHD流动被诱导，形成横截面中的环流，导致颗粒沉积在熔池的底部和侧面。此外，向下的磁场引起水平环流，将粒子分离到另一侧。该研究的结果表明，在DED-AM过程中，TEMHD对熔池流动产生了巨大的影响。

该研究以"Thermoelectric magnetohydrodynamic control of melt pool flow during laser directed energy deposition additive manufacturing" 为题发表在增材制造领域的顶级期刊《Additive Manufacturing》上。

https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103587