SLM增材制造铝合金和高温合金微流道磨粒流抛光工艺研究

作者：李  惠1, 李微娜1, 祁俊峰2 , 李敬洋2, 张建超2, 张建勋1
(1.西安增材制造国家研究院有限公司, 陕西 西安 710065; 2.北京卫星制造厂有限公司, 北京 100094)

以激光选区熔化(SLM)技术为代表的金属增材制造技术，因固有的“粉末粘附”和“球化效应”等，使得制品的表面十分粗糙，难以满足使用要求。为解决SLM微流道粗糙内孔表面的精加工难题，本研究采用磨粒流抛光技术对SLM制备的AlSi10Mg和GH4169微流道内表面进行抛光，并研究了磨粒流工艺对微流道内孔表面粗糙度和尺寸精度的影响。结果表明，经磨粒流处理后，SLM增材制造铝合金和高温合金的内孔表面质量均得到有效改善，微流道内孔表面的粗糙度下降幅度在50%以上；流道内孔表面干净无多余物附着；流道尺寸精度保持较高水平。因此，磨粒流工艺是SLM增材制造微流道结构零件的一种有效的抛光技术。

图1  AlSi10Mg粉末形貌与粒径分布

图2  GH4169合金粉末形貌与粒径分布

图3  SLM 打印设备

图4  高速磨粒流抛光机及原理图

图5  微流道模型

表3  微流道磨粒流抛光工艺参数

图6  AlSi10Mg和GH4169微流道剖面图

图7  微流道的超景深三维形貌图

图8  AlSi10Mg微流道共聚焦粗糙度检测

图9  微流道不同位置磨粒流加工前后的粗糙度

图10  微流道的CT扫描图

图11  磨粒流拋光前后微流道尺寸对比

结论  
本研究主要对磨粒流拋光技术对SLM微流道内表面的拋光后处理问题进行探究，并对磨粒流抛光技术对流道内表面粗糙度及内孔尺寸精度的影响进行了研究。SLM微流道内孔的粗糙度主要是由“台阶效应”及多余粉末堆积导致的，经磨粒流加工后，其表面质量得到改善。
（1）磨粒流抛光后，AlSi10Mg和GH4169微流道的内孔表面粗糙度下降幅度超过50%。其中抛光后的AlSi10Mg微流道内孔表面粗糙度降至4.12 μm，抛光后的GH4169微流道内孔表面粗糙度在6.00 μm以下。
（2）磨粒流抛光后的微流道内孔表面干净，无多余物附着。
（3）磨粒流抛光后的微流道尺寸精度仍保持相对较高水平，AlSi10Mg微流道内部的平均孔径损耗为60 μm，GH4169的平均孔径损耗为47 μm。
（4）磨粒流是一种有效的SLM微流道结构零件抛光技术。


  本文引用格式  

李惠, 李微娜, 祁俊峰, 等. SLM增材制造铝合金和高温合金微流道磨粒流抛光工艺研究[J]. 材料开发与应用, 2024, 39(2): 1-8+16.
LI H, LI W N, QI J F, et al. Study on abrasive flow polishing process of aluminum alloy and high-temperature alloy microchannels by SLM additive manufacturing[J]. Development and Application of Materials, 2024, 39(2): 1-8+16.