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3D打印钛合金粉末循环利用,粉末形态和零件微观结构的演变

2. 化学分析

关于化学成分的分析,图7(a)给出了粉末中金属元素的重量百分比分布,其是构建和回收过程的函数。从该图中可以明显看出,V的重量百分比变化微不足道,而在30个构建周期中Al的增加很小(0.03%)。Al和V的值适合于检查组成的趋势,但不一定用于获得绝对组成。表1中列出了版本b1,b10,b20和b30的主要元素的平均度量。从表中可以明显看出,Fe从0.21wt%增加到0.29wt%。钇也包括在扫描中,但未出现在图7(a)中,因为仅在少数生成物中发现了钇,wt%约为0.001或更小。该Y水平远低于ASTM F2924 [34]所规定的0.005wt%的极限。

3D打印钛合金粉末循环利用,粉末形态和零件微观结构的演变

图7.在整个使用过程中粉末的化学成分。(a)XRF的Al,V和Fe显示出几乎恒定的趋势。Fe保持在0.30wt%极限以下。(b)来自IGF的O,N和H。浓度极限用虚线和与元素协调的颜色表示。N和H含量保持恒定,而O含量随重复使用而增加,并超过b1的0.20 wt%限制。

表1. b1,b10,b20和b30的粉末中关键元素的浓度。

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与XRF的局限性相反,IGF技术为绝对复合物提供了准确的定量数据,如图7(b)所示。O和N间隙地溶解到Ti晶格中,并在达到足够的重量百分比时形成氧化物和氮化物,这会影响机械性能的各个方面。除了这些元素的实验方法外,还显示了根据ASTM F2924 [34]给出的Ti6Al4V的浓度极限。在所有构件中,N的测量浓度在0.014 wt%处保持相对恒定,这远低于0.05 wt%的极限。类似地,H的浓度几乎保持恒定,而粉末的再利用率约为0.0012 wt%,远低于0.015 wt%的限值。与其他污染物相比,O含量的重量百分比呈线性增加,如图7(b)所示。b11的浓度超过0.20 wt%,这是ASTM F2924 [34]定义的极限。每增加约0.007 wt%,b30中的O含量平均达到0.36 wt%,这是该等级钛合金中允许的O极限的1.75倍。

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