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分析国内铝基纳米复合材料的3D打印制备方法

更新时间  2021-11-13 01:11 阅读
本文摘要:随着对高性能的轻质合金材料的市场需求更加反感,特别是在航空航天、汽车、医疗等领域,对于精致的金属恩复合材料的设计与制取于是以获得更加多研究者的注目。传统的铝硅合金由于在比强度、耐磨损性能以及热膨胀系数等方面具备明显的优势而受到普遍注目,但无论如何其性能也已无法符合于现有的市场需求。 利用颗粒强化取得的铝硅基复合材料可明显提升传统的铝硅合金的力学性能,早已被普遍的研究并在实际工程中取得应用于,这其中常用的强化体还包括Al2O3、TiC、TiB、SiC等。

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随着对高性能的轻质合金材料的市场需求更加反感,特别是在航空航天、汽车、医疗等领域,对于精致的金属恩复合材料的设计与制取于是以获得更加多研究者的注目。传统的铝硅合金由于在比强度、耐磨损性能以及热膨胀系数等方面具备明显的优势而受到普遍注目,但无论如何其性能也已无法符合于现有的市场需求。  利用颗粒强化取得的铝硅基复合材料可明显提升传统的铝硅合金的力学性能,早已被普遍的研究并在实际工程中取得应用于,这其中常用的强化体还包括Al2O3、TiC、TiB、SiC等。用作激光增材生产的金属材料还包括了不锈钢、工具钢、钛合金、镍基高温合金、Co-Cr-Mo合金、铝合金等,但对于金属恩复合材料的激光增材生产研究还比较较较少。

本期,我们一起来领略南京航空航天大学在铝基纳米复合材料的3D打印机制取方法的成果。  目前对于激光增材生产的颗粒强化铝基复合材料,在成形加工过程中主要面对这样一些问题:  -由于铝对激光具备很高的激光反射率,一般来说较低功率激光器无法使得铝合金再次发生几乎熔融,强化颗粒的重新加入需要在程度上提升粉体对激光的吸收率,但强化颗粒重新加入过多则不会造成材料伸延性能上升;  -研究指出,减少强化体的颗粒尺寸超过纳米级可以有效地提升金属恩复合材料的机械性能,如提升强度和增加裂纹,但是当强化颗粒的尺寸增大至纳米尺度时,颗粒之间会因反感的范德瓦尔力以及很大的表面张力而密切地一家人在一起,从而很有利于强化颗粒在基体中的均匀分布集中,在激光增材生产过程中,所构成熔池中特有的Marongoni流可以起着均匀分布集中第二相的起到,但该Marangoni东流又与熔池的温度场密切连接;  -由于一般来说重新加入的强化颗粒为陶瓷互为,而陶瓷谓之基体互为之间的润湿性很差,同时它们之间的热膨胀系数差异也往往较小,这就造成在成形过程中构成的液相无法均匀分布铺展,同时在随后的凝结过程中产生较小的膨胀形变而经常出现裂纹。

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  为解决问题上述不存在的技术问题,南京航空航天大学获取一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料,用作激光增材技术领域,有效地的解决问题铝基纳米复合材料在激光增材过程中工艺性能与力学性能不给定、强化颗粒产于不均匀分布以及陶瓷谓之基材互为之间润湿性较好的问题,使得所取得的产品不具备较好的界面融合以及出色的力学性能。  南京航空航天大学对于铝基纳米复合材料的加工是在高纯氩气维护气氛环境中展开的,成形过程中保持在负压0.9-1.2atm。加工过程中,加工参数和粉体性能是影响激光最后成形件的两个最主要因素。从粉体成分角度考虑到,稀土元素和陶瓷颗粒的加到必定不会强化铝合金粉体对激光的吸收率,从而可确保在的激光功率下熔池具备充裕的液相量。

一方面,加到的陶瓷相其粒径大小、密度以及质量分数皆不会影响到激光吸收率。另一方面,激光成形工艺参数某种程度不会明显影响到铝基纳米复合材料成形过程中熔池的热动力学特性以及随后的显微镜的组织和性能。

  针对这些因素的考虑到,南京航空航天大学的方案具备如下优点:  -精当的比例  粉末成分还包括了铝硅合金粉末、稀土相和陶瓷互为,其中稀土相为La、Nd、Sm或Y中的给定一种,所自由选择的这些稀土元素按照其热物性(熔点、热膨胀系数和表面张力)正处于基体相和强化互为之间的原则展开挑选,确保了在激光加工过程中陶瓷强化谓之基体之间较好的润湿性能和防止因热物性差异过大而造成在凝结过程中的裂开情况,其含量掌控在0.3-0.8wt%,防止重新加入过多造成性能好转;陶瓷颗粒搭配碳化物,目的成形过程中产生原位反应,提高界面结构,在尺寸方面自由选择纳米尺寸,则利用小尺寸和表格界面效应有效地提升材料的强劲韧性,此外陶瓷相的加到还可有效地提升粉末对激光的吸收率,提升粉末的加工性能,但其加到含量须要掌控在4-6wt%,确保材料会因强化相的过高而引发延展性上升。  -梯度界面层  铝基纳米复合材料在强化谓之基体互为之间构成一定厚度的梯度界面层,从基体相到强化互为Al及稀土元素成分呈现出梯度变化,在读取过程中,强化颗粒处往往更容易导致应力集中而造成裂开情况,但这种梯度界面层的不存在则有效地减轻了应力集中的再次发生,从而对材料起着了坚韧简化的起到;同时强化颗粒由于稀土元素的重新加入显得更为的细小和圆润,也增大了材料内部在读取中再次发生应力集中的几率。  -均匀分布的粉体  利用高能球篦起到构建对陶瓷强化相和稀土相的外壳起到,利用二次球篦起到,有效地提供符合于SLM成形工艺的粉体,即具备较好的流动性、球形度以及均匀分布的成分产于、较宽的粒径产于,该粉体制取方法非常简单、操作者简单。  -掌控有效地体能量密度  通过优化SLM成形中有效地体能量密度来掌控取得较好的成形质量,有效地体能量密度的起到反映在对激光加工中熔池的稳定性、温度场、流场以及预示的激光显微镜的组织结构的影响,综合的体现了粉体物性和加工参数这两者对SLM加工过程的影响。

南京航空航天大学的生产工艺所构成的熔池具备很好的稳定性,成形件表面具备平滑并呈现波纹状的熔道轨迹,同时完全看到球化效应并取得将近全颗粒的结构。显微镜的组织分析表明强化颗粒获得均匀分布的致密产于,基体晶粒细小并呈胞状结构生长。  本文参考资料:  专利:一种纳米碳化硅强化铝基复合材料的制取方法  纳米碳化硅强化铝基复合材料-百度百科  碳化硅颗粒强化铝基复合材料的研究现状及发展趋势-道客巴巴  ClyneTW,WithersPJ.AnIntroductiontoMetalMatrixComposites.。


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