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鋁基納米復(fù)合材料的3D打印制備方法

發(fā)布時(shí)間：2017-02-28 08:18:09 瀏覽次數(shù)：

文章來源于：www.pz33.com.cn

文章概述：對(duì)于新穎的金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備正得到越來越多研究者的關(guān)注。但是由于加工的難度使得使用收到了很大的限制，3D打印的出現(xiàn)可能改變這一現(xiàn)狀。東莞創(chuàng)域手板—3D打印手板

現(xiàn)在對(duì)高性能的輕質(zhì)合金材料的需求越來越強(qiáng)烈，特別是在航空航天、汽車、醫(yī)療等領(lǐng)域，對(duì)于新穎的金屬基復(fù)合材料的設(shè)計(jì)與制備正得到越來越多研究者的關(guān)注。但是由于加工的難度使得使用收到了很大的限制，3D打印的出現(xiàn)可能改變這一現(xiàn)狀。

借助顆粒增強(qiáng)獲得的鋁硅基復(fù)合材料可顯著提高傳統(tǒng)的鋁硅合金的力學(xué)性能，已經(jīng)被廣泛的研究并在實(shí)際工程中獲得應(yīng)用，這其中常用的增強(qiáng)體包括Al2O3、TiC、TiB、SiC等。用于激光增材制造的金屬材料包括了不銹鋼、工具鋼、鈦合金、鎳基高溫合金、Co-Cr-Mo合金、鋁合金等，但對(duì)于金屬基復(fù)合材料的激光增材制造研究還相對(duì)較少。在鋁基納米復(fù)合材料的3D打印制備方法有著一定的成果.

- 精當(dāng)?shù)谋壤?br />
粉末成分包括了鋁硅合金粉末、稀土相和陶瓷相，其中稀土相為L(zhǎng)a、Nd、Sm或Y中的任意一種，所選擇的這些稀土元素按照其熱物性(熔點(diǎn)、熱膨脹系數(shù)和表面張力)處于基體相和增強(qiáng)相之間的原則進(jìn)行選取，保證了在激光加工過程中陶瓷增強(qiáng)相與基體之間良好的潤(rùn)濕性能和避免因熱物性差異過大而導(dǎo)致在凝固過程中的開裂情況，其含量控制在0.3-0.8wt％，避免加入過多導(dǎo)致性能惡化；陶瓷顆粒選用碳化物，旨在成形過程中產(chǎn)生原位反應(yīng)，改善界面結(jié)構(gòu)，在尺寸方面選擇納米尺寸，則借助小尺寸和表界面效應(yīng)有效提高材料的強(qiáng)韌性，此外陶瓷相的添加還可有效提高粉末對(duì)激光的吸收率，提高粉末的加工性能，但其添加含量需控制在4-6wt％，保證材料不會(huì)因增強(qiáng)相的過高而引起延展性下降。

- 梯度界面層

鋁基納米復(fù)合材料在增強(qiáng)相與基體相之間形成一定厚度的梯度界面層，從基體相到增強(qiáng)相Al及稀土元素成分呈現(xiàn)梯度變化，在加載過程中，增強(qiáng)顆粒處往往容易造成應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂情況，但這種梯度界面層的存在則有效緩解了應(yīng)力集中的發(fā)生，從而對(duì)材料起到了強(qiáng)韌化的作用；同時(shí)增強(qiáng)顆粒由于稀土元素的加入變得更加的細(xì)小和圓潤(rùn)，也減小了材料內(nèi)部在加載中發(fā)生應(yīng)力集中的幾率。

- 均勻的粉體

利用高能球磨作用實(shí)現(xiàn)對(duì)陶瓷增強(qiáng)相和稀土相的包覆作用，借助二次球磨作用，有效獲取滿足于SLM成形工藝的粉體，即具有良好的流動(dòng)性、球形度以及均勻的成分分布、較窄的粒徑分布，該粉體制備方法簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便。

-控制有效體能量密度

通過優(yōu)化SLM成形中有效體能量密度來控制獲得良好的成形質(zhì)量，有效體能量密度的作用體現(xiàn)在對(duì)激光加工中熔池的穩(wěn)定性、溫度場(chǎng)、流場(chǎng)以及伴隨的激光顯微組織結(jié)構(gòu)的影響，綜合的反映了粉體物性和加工參數(shù)這兩者對(duì)SLM加工過程的影響。制造工藝所形成的熔池具有很好的穩(wěn)定性，成形件表面具有光滑并呈現(xiàn)出波紋狀的熔道軌跡，同時(shí)幾乎看不到球化效應(yīng)并獲得近全致密的結(jié)構(gòu)。顯微組織分析表明增強(qiáng)顆粒得到均勻的彌散分布，基體晶粒細(xì)小并呈胞狀結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)。

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