激光熔化沉积石墨烯增强钛基复合材料的组织与性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ZHENGDAN0226
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石墨烯作为一种新型碳质纳米材料,是目前最薄也是最强的材料,将其引入至钛合金基体中可能大幅度提高材料的力学性能,因而得到国内外研究者的广泛关注。本文以典型的α+β双相钛合金TC4(Ti-6Al-4V)为基体,通过激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)制备出石墨烯增强钛基复合材料,研究了LMD工艺参数对复合材料制备的影响,考察了石墨烯及其加入量对复合材料组织结构与力学性能的影响并探究了其增强机制,得到以下结论:(1)在混粉过程中添加适当的聚乙烯吡咯烷酮和聚乙烯醇可以降低球磨对石墨烯结构的破坏并避免由于石墨烯与钛合金粉末密度差异而引起激光熔化沉积过程中的“漂粉”现象,石墨烯在复合材料中分散较为均匀。(2)在本实验条件下,优化的激光熔化沉积工艺参数为:激光功率1000W、扫描速率80mm/min、送粉率10g/min,此时复合材料具有较好的成形,材料致密度达到98.52%。(3)石墨烯的加入使激光熔化沉积钛合金晶粒组织得到明显细化;复合材料沉积层与基材结合紧密,沉积层宏观组织形态由贯穿整个沉积层的柱状晶组成,微观组织表现为大量次级马氏体α‘和原始β形成的基质所构成的网篮组织。石墨烯与基体间形成“石墨烯-扩散过渡层-Ti C-Ti”的界面形式,有助于克服石墨烯与金属基体浸润性差的问题,有利于载荷有效传载。(4)石墨烯的加入有利于提高沉积层的硬度与强度,其中石墨烯加入0.6wt.%时沉积层中部的显微硬度、抗拉强度和屈服强度分别达到434HV、1250MPa和1207MPa,较同等条件激光熔化沉积的TC4钛合金基体分别提高了14.72%、18.25%和30.54%,其增强的原因可能主要归因于晶粒细化、界面载荷传递以及原位形成的Ti C的弥散强化作用。
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