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鋁基納米復合材料的3D打印制備方法

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

文章來源于：

 
文章概述：對于新穎的金屬基復合材料的設計與制備正得到越來越多研究者的關注。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)在對高性能的輕質合金材料的需求越來越強烈，特別是在航空航天、汽車、醫(yī)療等領域，對于新穎的金屬基復合材料的設計與制備正得到越來越多研究者的關注。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。
 
借助顆粒增強獲得的鋁硅基復合材料可顯著提高傳統(tǒng)的鋁硅合金的力學性能，已經被廣泛的研究并在實際工程中獲得應用，這其中常用的增強體包括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，但對于金屬基復合材料的激光增材制造研究還相對較少。在鋁基納米復合材料的3D打印制備方法有著一定的成果.
 

 
- 精當?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La、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、熱膨脹系數(shù)和表面張力)處于基體相和增強相之間的原則進行選取，保證了在激光加工過程中陶瓷增強相與基體之間良好的潤濕性能和避免因熱物性差異過大而導致在凝固過程中的開裂情況，其含量控制在0.3-0.8wt％，避免加入過多導致性能惡化；陶瓷顆粒選用碳化物，旨在成形過程中產生原位反應，改善界面結構，在尺寸方面選擇納米尺寸，則借助小尺寸和表界面效應有效提高材料的強韌性，此外陶瓷相的添加還可有效提高粉末對激光的吸收率，提高粉末的加工性能，但其添加含量需控制在4-6wt％，保證材料不會因增強相的過高而引起延展性下降。
 
- 梯度界面層
 
鋁基納米復合材料在增強相與基體相之間形成一定厚度的梯度界面層，從基體相到增強相Al及稀土元素成分呈現(xiàn)梯度變化，在加載過程中，增強顆粒處往往容易造成應力集中而導致開裂情況，但這種梯度界面層的存在則有效緩解了應力集中的發(fā)生，從而對材料起到了強韌化的作用；同時增強顆粒由于稀土元素的加入變得更加的細小和圓潤，也減小了材料內部在加載中發(fā)生應力集中的幾率。
 
- 均勻的粉體
 
利用高能球磨作用實現(xiàn)對陶瓷增強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，該粉體制備方法簡單、操作簡便。
 
-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量，有效體能量密度的作用體現(xiàn)在對激光加工中熔池的穩(wěn)定性、溫度場、流場以及伴隨的激光顯微組織結構的影響，綜合的反映了粉體物性和加工參數(shù)這兩者對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，同時幾乎看不到球化效應并獲得近全致密的結構。顯微組織分析表明增強顆粒得到均勻的彌散分布，基體晶粒細小并呈胞狀結構生長。
 
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