【摘 要】
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工业的快速发展对材料的性能提出了更高的要求,新材料高质量的制备是其应用的关键。激光3D打印技术,为新材料的制备方法提供了新的思路和方向。尤其是在陶瓷颗粒增强的金属基
【出 处】
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中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
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工业的快速发展对材料的性能提出了更高的要求,新材料高质量的制备是其应用的关键。激光3D打印技术,为新材料的制备方法提供了新的思路和方向。尤其是在陶瓷颗粒增强的金属基复合材料制备方面,激光3D打印技术有着独特的优势。激光3D打印利用粉末材料微区熔融快速凝固的特点,可以避免陶瓷粉末偏析和凝聚的问题,显著提升材料的制备质量。因此,本文将基于3D打印技术,在不锈钢和镍基合金上开展不同比例TiC陶瓷颗粒增强Ni-Fe-Al粉末激光熔覆的工艺试验,并进行陶瓷增强的金属基复合材料的制备机理研究。本文通过改变激光功率、激光频率、激光扫描速度、离焦量等参数,探索激光熔覆工艺参数对熔覆层的宏观形貌和微观组织的影响规律。利用激光共聚焦显微镜(LSCM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)等检测设备,对熔覆条截面的组织形貌和相成分组成进行分析;使用维氏硬度计和摩擦磨损试验机对熔覆条截面的硬度和耐磨性能进行表征和分析。主要工作和结论如下:(1)对激光熔覆工艺进行了探索研究。利用控制单因子变量法研究单个工艺参数对熔覆质量的影响,找到了激光熔覆工艺参数对熔覆质量的影响规律,并得到了较优的激光熔覆工艺参数组合;分别在不锈钢和镍基合金基板表面制备出表面形貌良好的单道金属基陶瓷复合材料熔覆条;(2)利用LSCM、SEM、EDS、XRD等检测设备对试样的宏观形貌和微观组织结构进行观测和表征分析,发现通过激光熔覆工艺可以得到形貌规则、金相组织良好,且增强相弥散分布的单道熔覆条;(3)利用显微硬度计、摩擦磨损试验机对试样的硬度和摩擦磨损性能进行检测。发现熔覆条硬度随着TiC粉末加入比例增高而增高,而熔覆条底部耐磨性能随着其加入比例的增高而下降。本文利用优化后的激光熔覆工艺参数,制备出了组织致密,且无明显缺陷的TiC陶瓷颗粒增强的Ni-Fe-Al基复合材料。说明了通过激光3D打印技术制备陶瓷增强金属基复合材料的工艺可行性。
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