选区激光熔化制备SiC/AlSi10Mg复合材料组织与性能调控

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liyyng1987
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铝基复合材料(Aluminum Matrix Composites,AMCs)由于其本身具备高强度和低密度,其作为轻质合金在众多领域中得到了广泛应用。选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,SLM)适用于结构复杂构件制备。在航空航天领域、医疗领域、军事领域中,SLM技术制备AMCs具有非常良好的适配性,能够很好的满足这些领域中对于AMCs的要求。目前,通过SLM技术制备AMCs还存在很多问题,首先是铝合金粉末质量轻且容易被氧化,SLM成形困难,其次增强相与基体之间反应强化机理复杂,增强相的加入会进一步增加SLM成形难度,针对以上两个问题,本文使用SiC粉末及AlSi10Mg合金粉末作为原材料,通过SLM技术制备AMCs,研究SiC粉末质量分数、SiC颗粒尺寸、工艺参数等对SLM制备AlSi10Mg合金组织及性能的影响,并通过热处理手段对采用优化工艺制备的试样进行处理,以期获得更加良好的材料性能。实验结果如下:首先研究了颗粒尺寸10μm以下的SiC质量分数对AlSi10Mg合金组织性能的影响,采用不同激光扫描速度进行试样制备,研究发现AlSi10Mg合金熔池尺寸受激光扫描速度和SiC质量分数的影响,随着SiC质量分数的增加,熔池宽度随之增加;随着激光扫描速度的增加,熔池也会随之宽度增加。颗粒尺寸10μm以下的SiC对于AlSi10Mg合金性能的提升主要在硬度、耐磨性能两个方面,强化效果随着SiC质量分数的增加而提升。未加入SiC增强相、加入2%SiC增强相、加入5%SiC增强相的合金表面硬度分别为150.0 HV、170.8 HV、180.9 HV。随着SiC质量分数的提升,摩擦系数也由0.410下降至0.330,加入5%SiC的AlSi10Mg合金磨损率最低为2.1×10-9。合金压缩强度随着SiC质量分数的增加而下降,从未加入SiC颗粒到加入质量分数5%的SiC,极限压缩强度由720 MPa下降至380 MPa。在激光作用下,SiC相与Al基体结合生成AlSi相和Si相,当加入5%颗粒尺寸10μm以下的SiC时,在复合材料中检测到了Al4C3相,这一物相为脆性相,严重影响合金综合性能。其次对比了不同颗粒尺寸SiC对AlSi10Mg合金的强化效果,与颗粒尺寸10μm以下的SiC强化效果不同,颗粒尺寸小于50μm的SiC粉末对于AlSi10Mg合金的强化不论是合金表面硬度还是合金强度及塑韧性都有所提升。在加入质量分数2%颗粒尺寸50μm以下的SiC之后,合金显微硬度由150.0HV提升至166.5 HV,显微硬度的强化效果虽然没有达到颗粒尺寸10μm以下的SiC颗粒加入之后的170.8 HV,但在合金塑韧性方面,颗粒尺寸50μm以下的SiC对于AlSi10Mg合金的强化更加明显,加入2%颗粒尺寸50μm以下的SiC粉末之后,拉伸强度达到379.8 MPa,延伸率为6.58%,而未加入增强相的AlSi10Mg合金极限拉伸强度仅为331.1 MPa,延伸率为5.20%。对于AMCs而言,其拉伸强度及塑韧性的提升对于工程应用更具有意义。所以本文对颗粒尺寸50μm以下的SiC增强AlSi10Mg合金进行了固溶处理,并选用未加入SiC增强相的AlSi10Mg合金进行对照。以期在原有基础上进一步提升合金塑韧性。热处理方式采用固溶处理,采用400℃保温1.5小时,随后水冷至室温。对热处理后的铝基复合材料进行分析之后发现,未加入SiC增强相的AlSi10Mg合金塑韧性得到明显提升,但其抗拉强度下降,硬度下降,且断裂机制由原先的脆性断裂向塑性断裂转变。而使用SiC强化之后的AlSi10Mg合金,塑韧性、强度、硬度均下降。在热处理过程中,在激光作用与Al相结合的Si相再次析出,铝基复合材料中AlSi相减少。由此证明固溶处理过程并不适合于加入SiC之后的AlSi10Mg合金。
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