激光选区熔化Al-Si复层材料微观组织及性能研究

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Al-Si合金因具有轻质、高强度、耐磨耐腐蚀等优异性能,广泛应用于航空航天、汽车等领域。随着现代工业的发展,Al-Si合金构件结构逐渐向复杂形状转变,对其工艺流程和尺寸精度等提出了新的要求;且随着结构复杂程度的增加,构件各部位所要求的性能不尽相同。传统铸造技术由于其工艺的局限性,难以满足实际需求。此外,随着硅含量的增加,合金的强度、耐磨耐蚀性增加,但是延展性和导热性能呈现相反的变化趋势。因此,采用新的方法制备不同硅含量的整体构件成为当前研究的热点问题。据此,本课题采用激光选区熔化技术制备了Al-(12-20)Si复层材料,对复层材料及两侧合金微观组织、力学性能及耐蚀性能展开研究。研究发现激光选区熔化Al-12Si、Al-20Si合金以及Al-(12-20)Si复层材料微观组织并不均匀,水平方向呈胞状,成形方向呈半椭球形。Al-(12-20)Si复层材料是由Al-Si共晶组织、Al基体以及Si颗粒组成,Al-12Si侧熔池平均宽度约为160μm,熔深约为90μm,Al-20Si侧熔池平均宽度为204μm,熔深约为87μm,且界面清晰可见。Al-12Si侧组织是由Al-Si共晶、Al基体组成,Al-20Si侧组织是由Al-Si共晶、Al基体以及Si颗粒组成。随着热处理温度的不断升高,Si元素扩散速率逐渐加快,Al-12Si、Al-20Si合金以及Al-(12-20)Si复层材料组织逐渐趋于均匀。X射线衍射分析发现,Al-12Si、Al-20Si合金以及Al-(12-20)Si复层材料相组成为过饱和α-Al相和Si相,热处理后,过饱和固溶体Si相析出,Si相衍射峰增强。激光选区熔化Al-(12-20)Si复层材料,Al-20Si侧合金的硬度(188HV0.1)要远远大于Al-12Si侧合金材料的硬度(131HV0.1)。热处理过程中,Si原子重新扩散并长大,组织逐渐变得均匀,复层材料两侧硬度差变小,673K热处理6小时后硬度趋于一致。Al-(12-20)Si复层材料的拉伸强度(抗拉强度450MPa、屈服强度300MPa)介于Al-12Si合金(抗拉强度380MPa、屈服强度260MPa)与Al-20Si合金(抗拉强度500MPa、屈服强度340MPa)之间。热处理后,Al-(12-20)Si复层材料、Al-12Si、Al-20Si合金,强度显著下降,延伸率提高,Al-(12-20)Si复层材料拉伸强度(抗拉强度200MPa、屈服强度125MPa)依然介于Al-12Si(抗拉强度130MPa、屈服强度100MPa)、Al-20Si(抗拉强240MPa、屈服强度150MPa)合金之间。对Al-12Si、Al-20Si合金以及Al-(12-20)Si复层材料电化学腐蚀以及盐雾腐蚀的研究,发现由于Si与Al之间存在电位差,形成微电池,会加速Al基体的腐蚀,Si含量越高腐蚀性能越差,Al-12Si合金耐腐蚀性能优于Al-20Si合金。热处理后,组织粗化,Si颗粒长大,阻碍钝化膜的形成,Al-12Si、Al-20Si合金击破电位减小,维钝电流增大,与未热处理相比耐腐蚀性能变差。电化学测试过程中,由于Al-(12-20)Si复层材料两侧材料不一致,未能获得稳定的阻抗及极化曲线,但通过盐雾试验发现其腐蚀速率居于Al-12Si与Al-20Si之间。
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