【摘 要】
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铝青铜在机械工业中起着非常重要的作用,特别是铝含量为10%左右时,具有良好的机械强度、耐磨性和耐海水腐蚀性能以及耐冷性,因此铝青铜被广泛应于用航空航天与海洋工程等领域
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铝青铜在机械工业中起着非常重要的作用,特别是铝含量为10%左右时,具有良好的机械强度、耐磨性和耐海水腐蚀性能以及耐冷性,因此铝青铜被广泛应于用航空航天与海洋工程等领域。然而,传统的铸造铝青铜容易出现内部缺陷、孔洞和表面夹杂物等缺陷,且难以制造出结构复杂精细的零件,激光选区熔化技术因具有快速成型,提升原材料利用率,细化晶粒、实现个性化设计等优点被用来制备形状复杂的高性能结构零件。本文以TiC颗粒与BrAl10Fe4铝青铜粉末为原材料,首先采用正交试验与信噪比分析的方法研究了激光功率、扫描速度、铺粉厚度和扫描间距等工艺参数对铝青铜成型件显微组织、致密度、表面粗糙度、硬度、抗拉强度等性能的影响规律;其次探索了TiC质量分数对TiC-铝青铜成型件的致密度、表面粗糙度和硬度的影响规律,并对比研究了TIC颗粒增强相的加入对成型件耐磨性与耐海水腐蚀性能的影响规律。研究结果表明:成型BrAl10Fe4铝青铜最优工艺参数为:激光功率450W、扫描速度1700mm/s、铺粉厚度30μm、扫描间距60μm。铝青铜成型件微观组织为柱状晶均匀分布,主要的相为α相与(α+γ2)相;致密度达到理论密度的98.94%,表面粗糙度低至8.91μm,平均显微硬度为384.1HV,远远高出传统铸造铝青铜的200HV;成型件室温抗拉强度达到585MPa,高于传统铸造铝青铜(490MPa);并且其拉伸件断裂方式为典型脆性断裂,断口可观察到清晰的河流花样和解理台阶。采用TiC颗粒增强铝青铜复合零件,TiC质量分数依次为2.5%、5%、7.5%时,复合成型件相对于理论密度的致密度依次为97.93%、97.34%、96.8%;表面粗糙度先降低再增高,且其变化速度呈先快后慢;TiC颗粒的加入可以有效提升成型件硬度,且TiC质量分数为5%时,成型件显微硬度提高至419HV。增强相含量过低时成型件硬度提升不明显,含量过高时成型件表面粗糙度增高,球化现象明显。TiC颗粒的加入可以有效提升SLM成型件耐磨性。室温干摩擦磨损试验中,TiC颗粒质量分数从0%变化至7.5%时,TiC颗粒增强成型件的动摩擦因数与磨损量均先降低再增高,但均低于铸造铝青铜。TiC的添加并未明显改变成型件的磨损形式,均为材料在颗粒前发生塑性流动、堆积、在载荷作用下从犁沟边缘挤出,为轻微黏着磨损和轻微磨粒磨损共同作用的结果,在TiC含量为2.5%、5.0%时成型件的耐腐蚀性均得到提升。由于TiC颗粒能够与铝青铜金属良好地结合,均匀分布在基体上,因其具有良好的化学稳定性,故减弱了成型件的腐蚀速率。电化学腐蚀试验中TiC含量为2.5%时具有最高的极化电阻,最小的自腐蚀电流密度和最宽的钝化区域。未加入TiC颗粒时,成型件沿着晶界发生较明显腐蚀。TiC含量为2.5%与5.0%时,试样表面存在微小的白色的不规则球形絮状颗粒,其余表面仍然保持光滑,未观察到晶界腐蚀。随着增强相含量的提高,腐蚀颗粒数量增加,可观察到TiC增强相的存在和典型的腐蚀表面。由试验可知,少量TiC的加入使得碳化钛颗粒增强铝青铜成型件的各相分布的更为均匀,微电池效应相对于无增强相而言程度降低,故而成型件的耐蚀性得到提升。
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