激光增材制造Al-Si-Mg合金组织与性能

发布时间：2020-06-08 20:28

【摘要】：激光增材制造(LAM)是基于三维设计模型,利用高能量激光对合金粉末进行逐层凝固成形,直接获得合金零件的先进成形技术。具有材料利用率高、制造周期短、工艺柔性高、不受加工方法及零件形状限制等优点,现已得到了广泛的应用。而铝合金以其高比强度、高热导率等优良的物理化学性能,成为了国内外激光增材制造材料的研究热点,但仍存在表面(精度)差等问题,同时其力学性能与耐腐蚀性能也有待进一步提高。因此研发适用于激光增材制造的铝合金材料具有重要意义。本文向亚共晶AlSi10Mg合金粉末中加入Y、Nb作为合金化元素,设计合金成分并利用激光增材制造技术制备合金试样。通过SEM、XRD、显微硬度计等对合金组织、密度、成形性、力学性能、耐磨性及耐腐蚀性进行测试,了解LAM成形AlSi10Mg合金显微组织及各项性能,并系统分析Y、Nb元素及其含量对合金组织与性能的影响。实验结果表明:激光增材制造AlSi10Mg合金由初生α-Al固溶体和(Al+Si)共晶所组成,且共晶组织中Si呈条状。较同成分传统铸造铝合金相比,合金显微硬度增大约30%,抗压强度提高16%。在干滑动摩擦磨损条件下,合金主要磨损机制为磨粒磨损及氧化磨损。在3.5wt.%NaCl介质中合金耐蚀性差,共晶Al相溶解速度较大。添加Y元素后,合金组成相不改变,但共晶Si相变为纤维状。合金密度增大,表面粗糙度减小,表面质量较好。同时其显微硬度与抗压强度均提高约15%。合金抗磨粒磨损能力增强,磨损体积减少14%,摩擦系数更稳定,且其数值减小约19%,合金耐磨性较好。电化学腐蚀实验表明,合金腐蚀坑减小,耐蚀性较好。而向Al-Si-Mg-Y合金中加入Nb可以使初生α-Al晶粒尺寸减小,分布均匀,且共晶组织相对含量随Nb添加量增加而增多,至Nb含量高于0.6wt.%后,Al_3Nb相开始析出。随Nb含量增多,合金密度逐渐增大,表面粗糙度逐渐减小,硬度及抗压强度逐渐提高,磨损体积与摩擦系数减小,耐磨性提高。当Nb含量为1.0wt.%时,合金表面质量最优,硬度及抗压强度增大超20%,磨损体积减小达78%。加入Nb元素后,合金腐蚀表面存在刻蚀痕迹,耐蚀性较好。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG146.21

【参考文献】