半导体激光制备Ni/Al基双性能材料组织与性能研究

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伴随着航空航天技术的发展,对多功能材料及器件需求越来越高,要求材料及器件在不同区域体现出不同的理化性能,从而由一个完整的器件替代多个组合件,进而降低生产成本,延长材料及器件服役期。但是传统的材料制备方法中由于能量密度,材料体系限制等原因,无法实现某些特定系列的双性材料制备,因此采取激光熔化沉积方法,特别是利用具有电光转换率更高的,体积更小的半导体激光器作为热源,能够改善上述问题,为直接成形制备双性能材料提供良好的解决方案。主要研究内容如下:  首先,本文使用HPDL30半导体激光器进行Ni/Al系双性能材料制备,由于Ni,Al两种元素在熔化沉积过程中发生反应,生成NiAl,Ni3Al等金属间化合物,因此前期首先进行Ni3Al/Ni双性能材料制备,分析界面处相关物相,并对比分析不同区域微观组织及物相组成,最后通过显微硬度测试对样品进行评价。  其次,采用AlSi12粉末进行AlSi12/Ni和添加过渡层Cu合金的AlSi12/Cu/Ni的双性能材料制备,通过相应工艺试验,确定两组样品的工艺方案,但AlSi12/Ni样品中由于金属间化合物NiAl为整个样品AlSi12区域主要物相,导致裂纹现象严重,而通过添加Cu合金层的AlSi12/Cu/Ni样品体现出很好的宏观状态。并以传质方程为基础进行Ni基合金,Cu合金,Al合金的在半导体激光作用下的稀释率评价,证明以稀释率最低的Cu合金层为过渡层能够从一定程度上减少Ni元素的扩散,降低Ni,Al反应的进行,并由于Cu合金层可以缓解样品内部应力,从一定程度上减少了AlSi12/Cu/Ni样品裂纹的产生。  通过XRD,SEM,EDS等检测手段对制备得到的AlSi12/Ni和AlSi12/Cu/Ni样品,分别进行样品的分层微观组织及物相检测,并进行样品显微硬度测试,通过显微硬度曲线发现制备得到的两组双性能样品在不同区域具有差别较大的显微硬度值,说明双性能材料在不同区域内体现出很大的性能差异性。  最后以AlSi12/Cu/Ni样品各层主要物相为基础,使用Ansys12.0软件对理想状态下双性能材料进行建模,并在稳态,瞬态两种状态下分析双性能材料的热传导性能,通过计算得到,在稳态环境下理想双性材料的热量损失较传统材料高7281.4J。通过瞬态下观察不同位置温度变化曲线,得到整个样品的传热特性,进而更细化的把握样品的传热过程。证明在重量减轻的基础上,样品体现出较好的热传导性。
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