[發明專利]一種粉末對激光吸收率的測量裝置和測量方法

在審

• 申請號: 202010107934.0
• 申請日: 2020-02-21
• 公開（公告）號: CN111198161A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 宋鵬飛;秦淵
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/01
• 分類號: G01N21/01;G01N21/552
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 趙毅

1.一種粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的測量裝置包括激光器、光路系統、惰性氣體保護箱依并依次相連，惰性氣體保護箱內設有粉末容器及加熱系統，粉末容器內裝有粉末，惰性氣體保護箱外分別連接有測溫系統和計算機；加熱系統包括感應線圈、感應電源和溫度控制器，加熱系統中的感應線圈固定于惰性氣體保護箱中，與感應電源相連，感應電源與溫度控制器相連；測溫系統包括熱電偶和動態數據采集器，熱電偶一端穿過粉末容器通孔，固定于粉末容器底部，另一端通過惰性氣體保護箱與動態數據采集器相連。

2.根據權利要求1所述的粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的光路系統包括透鏡、半透半反鏡、全反射鏡和光功率計，透鏡設有透鏡一，透鏡二，透鏡三，且透鏡一，透鏡二，透鏡三與半透半反鏡、全反射鏡依次相連，半透半反鏡與光功率計相連。

3.根據權利要求1所述的粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的惰性氣體保護箱內充有惰性氣體，Ar₂、N₂或He；所述的惰性氣體保護箱內頂部為石英玻璃，側面裝有香蕉插座和進出氣閥，測溫系統、加熱系統均連接在香蕉插座上。

4.根據權利要求1所述的粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的粉末容器的材料為具有傳導率低、熔點高于測試中粉末溫度的石棉、尼龍、耐高溫陶瓷。

5.根據權利要求1所述的粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的粉末容器上制有一定深度的凹槽(深度1-3mm)，凹槽底部側壁開通孔。

6.根據權利要求1所述的粉末對激光吸收率的測量裝置，其特征在于，所述的測溫系統與計算機相連。

7.一種粉末對激光吸收率的測量方法，其特征在于，具體步驟為：

(1)搭建光路系統，將激光光束擴束并利用透鏡進行準直，使得光斑尺寸與粉末容器被激光束照射面的尺寸相近；準直后的激光束經半透半反鏡被分為具有相同功率的兩束激光，即透射光束和反射光束；利用光功率計實時測量反射光束的激光功率P_in；利用全反射鏡改變透射光束的傳輸方向，使其穿過惰性氣體保護箱頂部的石英玻璃進入箱內；

(2)測量粉末容器的質量m₁；將粉末倒入粉末容器壓實，并刮去多余的粉末使表面平整；再次測量粉末容器的質量m₂，得到粉末質量m＝m₂-m₁；

(3)將粉末容器固定于感應線圈中心；并且令激光束輻照于粉末容器中的粉末表面，粉末容器中心與激光束的光斑中心重合；

(4)在惰性氣體保護箱內，通過氣閥抽出空氣，再充入惰性氣體，使得氧含量降到1000ppm以下；

(5)通過溫度控制器的溫度設定，控制感應線圈的加熱功率，調控粉末溫度，使得粉末穩定在一定的溫度T₀；

(6)設定激光功率和輻照時間t，開啟激光器；

(7)測溫系統將采集到的不同時刻粉末溫度數據傳輸至計算機；

(8)利用計算機，對不同時刻的粉末溫度數據依據式：

進行擬合，得到粉末溫升ΔT。式(1)中，B、C與D為待擬合的參數，T₀為粉末初始溫度，t_i為粉末溫度開始上升的時間，t_e為粉末溫度上升到最大值的時間；最終通過式：

得到粉末對激光的吸收率A，式(2)中，C_P為粉末材料的比熱容。

8.根據權利要求8所述的粉末對激光吸收率的測量方法，其特征在于，步驟(2)中，粉末容器深度在1～3mm，粉末容器直徑與激光光斑直徑相近，從而使得激光輻照下粉床溫度在徑向和深度方向均勻穩定。

9.根據權利要求8所述的粉末對激光吸收率的測量方法，其特征在于，步驟(6)中，激光功率為50～300W，輻照時間范圍在4～30s，以避免粉末溫度過高，發生相變影響吸收率的測量。

10.根據權利要求8所述的粉末對激光吸收率的測量方法，其特征在于，步驟(7)中，測溫系統中的動態數據采集器的采樣頻率大于1Hz。