【摘 要】
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金属增材制造,又称3D打印,是一类在航空航天、生物医学和汽车制造等工业领域具有广泛应用价值的先进技术。其独特的逐层建造金属零件的特点,可极大提高设计自由度和制造灵活性,从而实现具有复杂的几何形状零件的快速制造。然而现有合金因其成形过程中容易产生柱状晶粒和周期性裂纹缺陷,使其难于直接应用于增材制造。目前在增材制造过程中引入金属凝固成核剂是解决这些缺陷的一个有效途径。TiC颗粒因其熔点高、弹性模量大、
【基金项目】
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广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金项目（2021GDASYL-20210302006）; 国际科技部中乌科技例会交流项目（项目编号:CU03-08）; 广东省自然科学基金（2021A1515011756）
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金属增材制造,又称3D打印,是一类在航空航天、生物医学和汽车制造等工业领域具有广泛应用价值的先进技术。其独特的逐层建造金属零件的特点,可极大提高设计自由度和制造灵活性,从而实现具有复杂的几何形状零件的快速制造。然而现有合金因其成形过程中容易产生柱状晶粒和周期性裂纹缺陷,使其难于直接应用于增材制造。目前在增材制造过程中引入金属凝固成核剂是解决这些缺陷的一个有效途径。TiC颗粒因其熔点高、弹性模量大、激光反射率低和与铝具有低的原子失配率的特性,可做为SLM成形铝合金的形核剂和颗粒增强相。本文研究以静电自组装方法制备新型纳米TiC/AlSi10Mg铝基复合材料粉末,在对其SLM成形工艺参数优化的基础上,制造具有高致密度的SLM成形纳米TiC/AlSi10Mg合金样品。在总结SLM成形AlSi10Mg和TiC/AlSi10Mg合金的显微组织和力学性能数据的基础上,探究SLM成形TiC/AlSi10Mg合金显微组织的演变机理、力学性能提升机制和腐蚀行为变化规律:1.采用静电自组装方法制备出均匀负载着纳米TiC颗粒,粉末球形度保持良好的TiC/AlSi10Mg铝基复合材料。优化SLM工艺参数,获取纳米TiC/AlSi10Mg合金的最佳SLM参数为:激光功率320 W,扫描速度1100 mm/s,扫描间距130μm,铺粉厚度30μm,基板预热温度120℃,扫描策略为相邻层之间的激光扫描方向旋转67°。制得致密度为99.75%的SLM成形纳米TiC/AlSi10Mg合金样品。2.研究SLM成形AlSi10Mg和TiC/AlSi10Mg合金显微组织和力学性能。结果显示由SLM成形的TiC/AlSi10Mg合金在构建方向上的晶粒由原织构的柱状晶变为无明显织构的等轴晶,实现了由柱状晶到等轴晶的转变,此可归因于添加的纳米TiC和原位生成的D022-Al3Ti具有良好的形核效果。基于TiC和Al3Ti的细晶强化和弥散强化作用,SLM成形TiC/AlSi10Mg合金的屈服强度由254 MPa提升到338 MPa,极限抗拉由437 MPa提升至456 MPa,显微硬度由113 HV提升至131 HV。3.开展SLM成形AlSi10Mg和TiC/AlSi10Mg合金的腐蚀行为的研究,结果显示纳米TiC对铝的细化晶粒作用,使得SLM成形TiC/AlSi10Mg合金的组织更为均匀,在腐蚀过程中形成的钝化膜质量更好,且无明显的选择性腐蚀倾向,耐腐蚀性能得到提高。
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