Ni基高温合金及其复合材料选区激光熔化成形工艺、组织及性能

发布时间：2020-07-14 20:59

【摘要】：本文研究中利用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)工艺分别制备了纯Inconel 718和TiC/Inconel 718纳米复合材料块体试样。研究了激光工艺参数对成形试样表面形貌、致密度、物相以及显微组织演变的影响,探讨了激光加工工艺参数对成形试样显微硬度、摩擦磨损以及高温氧化特性的作用机制。论文主要研究结论如下述:本文在不同SLM工艺参数下成形了Inconel 718粉末并制备了块体试样。在输入激光能量较低时,成形试样表面产生开孔以及“球化现象”等冶金缺陷,降低了成形试样的致密度。随输入激光能量的提高,成形试样逐渐趋于致密,且成形试样显微组织逐渐均匀细化。在优化激光加工工艺参数下,SLM成形Inconel 718试样与传统加工方式制备试样相比具有优异的力学性能。在以上研究基础上,通过工艺参数进一步优化,利用SLM工艺制备了相对致密度较高的纯Inconel 718试样并进行了高温氧化性能测试分析。研究发现,SLM成形纯Inconel718试样高温氧化测试后氧化膜中主要包含粒状的Cr2O3相以及少量的尖晶石相,氧化层结构主要包括外氧化层以及内氧化区两部分。涉及到的氧化机制主要包括初始阶段的化学吸附机制以及随后阶段氧化过程中的扩散机制,氧化过程主要是由易氧化金属元素沿晶界向外扩散以及氧元素向基体内部扩散并随后发生反应控制。分析可知,致密度的提高以及晶粒细化是成形试样高温氧化性能提高的关键因素。本文通过向Inconel 718基体中加入纳米TiC陶瓷颗粒增强相,并利用SLM工艺制备了组织均匀、性能优异的TiC/Inconel 718纳米复合材料。研究发现输入激光能量不足时,成形试样中产生大量冶金缺陷,成形试样的致密度较低。随输入激光能量的合理增加,成形纳米复合材料中的显微组织逐渐均匀细化,增强相颗粒在基体中均匀分布,成形试样的力学性能以及高温氧化性能显著提高。同时,与SLM成形纯Inconel 718试样的性能相比,其力学性能与高温氧化性能也有了一定程度的提高。
【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】：2015
【分类号】：TG665;TG132.3;TB33
【图文】：

SLS成形系统示意图

用多组元粉末系统，其中包含一种低熔点粉末组元熔化后充当粘结相，用以粘结表面熔化的高熔点金属粉末（结构相），并通过熔化低熔点相来粘结高熔点结构续结构部件。因此，SLS 成形前会将低熔点粉体材料和高熔点的粉体材料充分混合也会将低熔点材料“包裹”到高熔点材料的表面。其冶金过程的机理图如图 1.2

其中低熔点 Cu 作为粘结相，热熔胶包覆的 Mo 粉末作为结构相。经过脱脂、高温烧渗铜处理后，研究发现室温组织主要由基体 Mo、Cu 相构成，且基体组织呈网状交织分布（图 1.3a）。Shen[31]等人对 316L 不锈钢和造孔剂的混合粉末进行了 SLS 制备“藕孔材料的研究，并获得了孔隙分布均匀、孔隙贯通性良好的“藕状”多孔结构 (图 1.3(a) (b)

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