选区激光熔化原位合成(TiB2+TiC)双相增强铝基复合材料制备机理及力学性能研究

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TiB2增强铝基复合材料具有密度低、比强度高、高温性能好、以及抗疲劳性能强等优点,在高温耐磨材料等领域,具有广阔的应用前景。本文基于选区激光熔化(SLM)方法,使用Ti和B 4C粉末在激光束作用下的高温原位化学反应及熔池快速凝固原理,采用SLM方法原位合成TiC和TiB2双相增强的铝基复合材料,寻找其工艺窗口并对不同成分配比的复合材料做了研究,得到合适的成分配比,并研究工艺参数对复合材料的影响,最终探寻发生原位化学反应的机理。研究表明:采用球磨混粉工艺,制备含Ti和B4C总质量百分数为0.7%,5.7%,11.5%,17.2%四种不同成分配比的混合粉末,其在激光功率160-200w,扫描速度600-1200mm/s,扫描间距为0.07mm,铺粉层厚为0.02mm时成功制备出含TiC和TiB2的铝基复合材料。随着复合材料中Ti和B4C复合粉末含量的增加,复合材料中TiC和TiB2增强相含量逐渐增多,复合材料显微硬度逐渐增大,断裂特征由韧性断裂向脆性断裂转变。当Ti和B 4 C复合粉末含量为0.7%时,选区激光熔化原位合成的铝基复合材料抗拉强度最高,最大值为417 MPa。当复合粉末中Ti和B4C总的质量百分数为17.2%时,无论是底面还是侧面,扫描速度对复合材料物相组成并无显著影响,但激光功率对复合材料物相组成有一定影响,随着激光功率的增大,复合材料中Ti3SiC2的含量逐渐减小。当激光功率为180 W,扫描速度为1200 mm/s时,其抗拉强度最高,但激光工艺参数的变化,并没有改变复合材料的拉伸断裂特征。当反应体系中仅仅存在Ti和B4C时,激光原位化学反应仅生成TiC和TiB2,当增加Al Si10Mg粉末且成分配比高于5.7%时,激光原位化学反应除了生成TiC、TiB2外,基体中的Si元素还将与生成的TiC反应生成Ti3SiC2相。
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