A Fundamental Investigation of the Laser Engineered Net Shaping Process for the Fabrication of Nanostructured Cermets

用于制造纳米结构金属陶瓷的激光工程净成形工艺的基础研究

基本信息

  • 批准号:
    0423695
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2004
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2004-09-01 至 2010-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The research objective of this grant is to investigate the suitability of the Laser Engineered Net Shaping system for the direct net-shape fabrication of nanostructured tungsten-carbide-cobalt cermets and to develop a fundamental understanding of the thermal aspects of the process. This will be accomplished by making nanostructured tungsten-carbide-cobalt cermets in both simple and complex shapes. Physical and mechanical properties of these samples, such as microhardness, yield strength, tensile strength, and modulus of elasticity, will be evaluated. In-situ temperature characterization of the area of the sample affected by the laser beam will be conducted using a two-wavelength imaging pyrometer system, which provides information on the thermal history and the resulting thermal stresses during deposition. X-ray diffraction, in combination with optical microscopy, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy and image analysis, will be used to characterize the size distribution, volume fraction and phase decomposition of nanosized tungsten carbide particles in the cobalt matrix, and to establish the relationship between processing variables and particle size, shape and distribution. Different deposition parameters will be used in order to assess the thermal stability of the nanosized tungsten carbide particles and its interaction with the cobalt matrix. Finally, the economic and environmental benefits will be quantitatively assessed, with the use of technical cost modeling and life cycle assessment techniques. If successful, the benefits of this work will include the ability to fabricate complex shapes with better mechanical properties for products such as tools, dies and nozzles. By using the Laser Engineered Net Shaping system, the need for machining will be minimized, resulting in reduced manufacturing costs, minimized material waste through scrap generation, improved material properties, increased process efficiency, reduced product design time, and reduced environmental contamination. The results of this work will also further the scientific understanding of nanostructured materials and net-shape forming techniques. Furthermore, collaborative activities with industry and national laboratories will be strengthened, and educational programs, including those for underrepresented minorities, will be enhanced.
该赠款的研究目的是调查激光工程净成型系统对纳米结构钨 - 喀尔比德 - 卡比果obert cermets的直接净形成制造的适用性,并对该过程的热方面产生了基本的理解。这将通过在简单和复杂的形状中制作纳米结构化的碳化钨 - 卡比德 - 卡贝特cermet。 这些样品的物理和机械性能将评估,例如微硬度,屈服强度,拉伸强度和弹性模量。将使用两波长度成像光度计系统进行激光束影响的样品面积的原位温度表征,该系统提供有关热史和沉积过程中产生的热应力的信息。 X射线衍射将与光学显微镜,扫描电子显微镜,透射电子显微镜和图像分析结合使用,用于表征钴基质中纳米化碳化碳化碳化碳化碳凝胶的尺寸分布,体积分数和相位分解,并在处理变量和粒度和粒度和粒度和粒度和粒度和粒度和形式和粒度和粒度和粒径和粒径和粒度和粒度和粒径和粒径和分布之间建立关系。 将使用不同的沉积参数,以评估纳米化碳化钨颗粒的热稳定性及其与钴基质的相互作用。 最后,使用技术成本建模和生命周期评估技术,将对经济和环境福利进行定量评估。如果成功的话,这项工作的好处将包括能够为工具,模具和喷嘴等产品提供更好机械性能的复杂形状。 通过使用激光工程的净成型系统,将最小化加工的需求,从而降低制造成本,通过废料产生,改善的材料特性,提高工艺效率,减少产品设计时间以及减少环境污染的材料废物。这项工作的结果还将进一步对纳米结构材料和净形成技术的科学理解。 此外,将加强与行业和国家实验室的合作活动,包括代表人数不足的少数民族在内的教育计划将得到加强。

项目成果

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