选区激光熔化多相增强Al基复合材料成形机理及性能研究

发布时间：2017-09-15 14:02

  本文关键词：选区激光熔化多相增强Al基复合材料成形机理及性能研究

  更多相关文章： 选区激光熔化 Al基复合材料 原位反应 显微硬度 摩擦磨损性能

【摘要】：本文采用不同尺寸的SiC粉末与AlSi10Mg粉末,将两种粉末均匀混合做为原始粉末,采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)技术成功制备出多相增强Al基复合材料(Aluminum Matrix Composites,AMCs)。研究激光加工参数对SLM成形AMCs物相、致密度、显微组织、显微硬度及摩擦磨损性能的影响,探讨SiC颗粒尺寸对SLM成形件组织及性能的影响,分析SLM成形过程中熔池内原位反应过程及原位增强相的生长机制。SiC颗粒与Al熔体发生反应生成原位Al4SiC4增强相,SLM成形多相增强AMCs内部增强相包括SiC颗粒,片形Al4SiC4结构,颗粒Al4SiC4结构。当激光能量输入较低时,原位反应程度较低,Al4SiC4相生长不充分,试样显微组织均匀性较低,其致密度及性能较差。当激光线能量密度为1000 J/m时,原位反应程度提高,SiC颗粒尺寸减小,片状Al4SiC4增强相充分生长,颗粒Al4SiC4增强相在集体中分布均匀,其密度可达理论密度的96%,显微硬度高达214 HV0.1,摩擦系数和磨损率较小,分别为0.39和1.56×10-5 mm3 N-1 m-1。随着所添加SiC粉末颗粒尺寸的减小,SLM成形多相增强AMCs试样的致密度及显微组织均匀性逐渐提高,其显微硬度及摩擦磨损性能均有得到提升。采用细颗粒SiC粉末(D50=5μm)时,成形试样致密度较高,内部残余SiC颗粒尺寸较小,分布均匀,试样内部片状Al4SiC4增强相生长充分,颗粒状Al4SiC4增强相接近纳米尺寸。此时,试样的显微硬度达218.5 HV0.1,比采用粗颗粒SiC粉末时高出80%,摩擦系数及磨损率仅为0.34和2.94×10-5 mm3 N-1 m-1。SLM成形多相增强AMCs试样内部原位增强相的生长受到所采用激光参数的影响。片状Al4SiC4增强相的形成依附于SiC颗粒,随着所输入激光线能量的增加,片状Al4SiC4逐渐长大。颗粒状Al4SiC4增强结构的生长与激光能量输入及熔池内熔体的粘度有关。输入熔池的激光能量低,熔池内熔体粘度大,Al4SiC4增强颗粒重排率较低,在熔池内分布不均匀,小颗粒相互聚集长大。增加激光能量输入,熔池内熔体粘度减小,Marangoni对流增强,Al4SiC4颗粒在熔池内均匀分布,增强颗粒尺寸可达到纳米尺度。
【关键词】：选区激光熔化 Al基复合材料 原位反应 显微硬度 摩擦磨损性能
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB333
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 激光增材制造技术11-17
• 1.1.1 激光熔化沉积技术12-14
• 1.1.2 选区激光熔化技术14-15
• 1.1.3 选区激光熔化技术研究现状15-17
• 1.2 金属基复合材料17-19
• 1.2.1 金属基复合材料发展与应用17-18
• 1.2.2 典型的金属基复合材料18-19
• 1.3 SLM成形AL基复合材料研究现状19-21
• 1.4 本课题主要研究内容21-22
• 第二章 实验过程及表征22-26
• 2.1 原始粉末材料22
• 2.2 选区激光熔化成形设备22
• 2.3 实验表征22-26
• 2.3.1 致密度测定22-23
• 2.3.2 物相分析23
• 2.3.3 光学显微镜分析23-24
• 2.3.4 扫描电子显微镜分析24
• 2.3.5 显微硬度测定24
• 2.3.6 摩擦磨损性能测定24-26
• 第三章 激光加工参数对SLM成形多相增强AMCS组织及性能的影响26-39
• 3.1 实验过程26-28
• 3.2 实验结果与分析28-38
• 3.2.1 物相分析28-29
• 3.2.2 显微组织分析29-33
• 3.2.3 致密化行为分析33-34
• 3.2.4 显微硬度实验分析34-35
• 3.2.5 摩擦磨损实验分析35-38
• 3.3 本章实验小结38-39
• 第四章 SIC颗粒尺寸对SLM成形多相增强AMCS组织及性能的影响39-52
• 4.1 实验过程39-40
• 4.2 实验结果与讨论40-50
• 4.2.1 物相分析40-42
• 4.2.2 SiC颗粒尺寸对SLM成形AMCs试样致密度的影响42-44
• 4.2.3 SiC颗粒尺寸对SLM成形AMCs试样显微组织演变的影响44-47
• 4.2.4 SiC颗粒尺寸对SLM成形AMCs试样显微硬度的影响47-48
• 4.2.5 SiC颗粒尺寸对SLM成形AMCs试样摩擦磨损性能的影响48-50
• 4.3 本章实验小结50-52
• 第五章 SLM加工过程中AL4SIC4陶瓷相生长机制52-61
• 5.1 实验过程52-54
• 5.2 实验结果与讨论54-60
• 5.2.1 物相分析54-55
• 5.2.2 原位增强结构生长机制分析55-60
• 5.2.2.1 原位增强结构生长形态55-58
• 5.2.2.2 原位增强结构生长机制分析58-60
• 5.3 本章实验小结60-61
• 第六章 结论61-63
• 参考文献63-73
• 致谢73-75
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文75-76

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李佳桂;史玉升;鲁中良;黄树槐;;选择性激光熔化成形瞬态温度场数值模拟[J];中国机械工程;2008年20期

2 杨永强;卢建斌;王迪;罗子艺;;316L不锈钢选区激光熔化成型非水平悬垂面研究[J];材料科学与工艺;2011年06期

3 卢建斌;杨永强;王迪;罗子艺;苏旭彬;;选区激光熔化成型悬垂面质量的影响因素分析[J];激光技术;2011年02期

4 刘杰;杨永强;苏旭彬;肖冬明;;多零件选区激光熔化成型效率的优化[J];光学精密工程;2012年04期

5 吴伟辉;杨永强;毛桂生;;316L选区激光熔化增材制造熔池搭接堆积形貌分析[J];制造技术与机床;2014年04期

6 张冬云;;采用区域选择激光熔化法制造铝合金模型[J];中国激光;2007年12期

7 师文庆;杨永强;;选区激光熔化中激光束的传输变换及聚焦特性[J];激光技术;2008年03期

8 姚化山;史玉升;章文献;刘锦辉;黄树槐;;金属粉末选区激光熔化成形过程温度场模拟[J];应用激光;2007年06期

9 吴伟辉;杨永强;王迪;;选区激光熔化成型过程的球化现象[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年05期

10 刘杰;杨永强;王迪;肖冬明;苏旭彬;;选区激光熔化成型悬垂结构的计算机辅助工艺参数优化[J];中国激光;2012年05期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 王黎;魏青松;贺文婷;谢思意;史玉升;;Inconel 625合金选择性激光熔化成形工艺研究[A];第14届全国特种加工学术会议论文集[C];2011年

2 王华明;张凌云;李安;汤海波;张述泉;方艳丽;李鹏;;高性能航空金属结构材料及特种涂层激光熔化沉积制备与成形研究进展[A];第九次全国热处理大会论文集（一）[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前7条

1 章文献;选择性激光熔化快速成形关键技术研究[D];华中科技大学;2008年

2 苏旭彬;基于选区激光熔化的功能件数字化设计与直接制造研究[D];华南理工大学;2011年

3 李瑞迪;金属粉末选择性激光熔化成形的关键基础问题研究[D];华中科技大学;2010年

4 王迪;选区激光熔化成型不锈钢零件特性与工艺研究[D];华南理工大学;2011年

5 张丹青;钨及钨合金的选择性激光熔化过程中微观组织演化研究[D];华中科技大学;2011年

6 王小军;Al-Si合金的选择性激光熔化工艺参数与性能研究[D];中国地质大学（北京）;2014年

7 王黎;选择性激光熔化成形金属零件性能研究[D];华中科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张晓博;Ti合金选择性激光熔化成型关键技术的研究[D];陕西科技大学;2015年

2 赵霄昊;激光熔化沉积TC11/Ti_2AlNb双合金工艺及组织性能[D];北京有色金属研究总院;2015年

3 谭天汉;异质材料选区激光熔化的成形过程仿真研究及设备结构设计[D];北京理工大学;2015年

4 张超;选区激光熔化技术制备多孔钽工艺及性能研究[D];安徽工业大学;2014年

5 孟祥陈;选择性激光熔化金属粉末的能量传递和累积研究[D];浙江工业大学;2015年

6 胡东;纯镁粉末选区激光熔化工艺及成形件组织性能研究[D];重庆大学;2015年

7 李雅莉;选区激光熔化AlSi10Mg温度场及应力场数值模拟研究[D];南京航空航天大学;2015年

8 陈以强;激光熔化沉积TA15/Ti_2AlNb双合金工艺及组织性能[D];北京有色金属研究总院;2016年

9 张恒泉;Si_p/6063铝基复合材料激光熔化沉积连接特性与组织性能调控[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 李珠玲;选区激光熔化IN718合金的成分变化规律[D];哈尔滨工业大学;2016年

，

本文编号：856947