激光粉末床熔化过程中的金属汽化及其影响(2)
金属汽化影响LPBF过程中的质量、能量和动量的传递。合金元素的不同汽化损失可能会导致原始粉末和最终粉末之间的成分发生很大的变化，从而导致意料之外的组织和性能（图11）。汽化潜热对熔池有相当大的冷却作用。反冲压力导致熔池内小孔的形成。这样的小孔大大增加了激光能量的吸收率，并导致熔池内的强化流体流动。汽化冷却效应和强化对流在很大程度上决定了熔池的温度分布，而反冲压力决定了熔池中的流体流动（图12）。
图11 不同能量输入下的成分变化：(a)Ti6Al4V，(b)AA5083，(c)AZ91D，(d)ZK60
图12 熔池中的温度和流体流动：(a)和(b)在没有考虑汽化冷却的情况下的过高温度，(c)和(d)在没有考虑小孔引起的吸收率增加的情况下的过低温度，(e)通过热辐射测量的单个激光脉冲期间的表面温度序列，以及f)和(g)考虑小孔的影响。
合适的汽化模型是LPBF过程数值模拟的关键。目前大多数的汽化模型都是基于Knight模型。Anisimov等人通过使用汽化通量（通常为0.82）和反冲压力的恒定凝结系数（通常为0.54），简化了Knight模型。利用Anisimov方法，大多数LPBF过程的数值模型都考虑了汽化冷却和反冲压力的影响。然而，这种方法忽略了大气和成分变化的影响。此外，汽化模型的精度取决于边界条件，包括温度以及熔池内的流动行为。
图13 汽化模型：(a)普通和近真空大气中的流动结构；(b)汽化系数与马赫数的函数；(c) Knudsen层
图14 LPBF的两种汽化模型的比较：（a）纯铁的反冲压力，以及（b）和（c）Ti6Al4V在1个大气压和298 K下的汽化;（d）Ti6Al4V在1个大气压和298 K下的锁孔深度，以及（e）在0.0002个大气压和298 K下的汽化模型;（f） z方向的反冲压力
总结
随着激光粉末床熔合（LPBF）的推广应用，LPBF过程中的汽化及其影响越来越受到人们的关注。综上所述，论文作者从机理，影响和数值模拟三个方面对LPBF过程中的金属汽化现象进行了全面的总结，并列出了控制和利用LPBF过程中金属汽化现象的措施和方法，并指出LPBF过程中金属汽化研究的主要问题及其发展前景。
l 论文信息
Liu Jinge, Wen Peng. Metalvaporization and its influence during laser powder bed fusion process[J].Materials & Design, 2022: 110505.
(责任编辑：admin)
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