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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(lái)源于:www.restorunner.com

 
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(lái)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(lái)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(lái)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(lái)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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