Ti基納米復(fù)合材料高能球磨制備及選區(qū)激光熔化成形技術(shù)研究.pdf

1、金屬基納米復(fù)合材料根據(jù)增強(qiáng)相的加入方式可分為外加顆粒增強(qiáng)以及原位自生增強(qiáng)兩種。實(shí)現(xiàn)納米增強(qiáng)相均勻分布及防止納米結(jié)構(gòu)粗化是制備性能優(yōu)異的金屬基納米復(fù)合材料的關(guān)鍵。
　　 本文利用行星式高能球磨機(jī)設(shè)備，高能球磨微米級TiC/Ti和SiC/Ti粉末體系，制備了納米TiC增強(qiáng)非晶Ti基復(fù)合粉末及納米TiC 原位增強(qiáng)Ti5Si3基復(fù)合粉末，并利用選區(qū)激光熔化工藝成功制備了TiC/Ti和TiC/Ti5Si3 納米復(fù)合材料試件。
　　

2、 TiC/Ti 混合粉末隨著球磨時間增加至15 h，由于高能球磨誘發(fā)Ti 發(fā)生嚴(yán)重塑性變形，產(chǎn)生大量晶格缺陷，致使Ti 發(fā)生非晶轉(zhuǎn)變。復(fù)合粉末顆粒在球磨至10 h與20 h 處經(jīng)歷了兩次嚴(yán)重細(xì)化階段。最終得到納米顆粒TiC 增強(qiáng)非晶Ti基復(fù)合粉末，納米級TiC 在Ti基體中分布均勻。
　　 在原位制備TiC/Ti5Si3 納米復(fù)合粉末過程中，SiC 在25 h 高能球磨中逐漸分解，而Ti 在相對較短時間內(nèi)(10 h)完全參加反應(yīng)

3、。TiC/Ti5Si3 納米復(fù)合粉末結(jié)構(gòu)依次經(jīng)歷了初級細(xì)化-粗化-二次細(xì)化的過程。復(fù)合粉末顆粒的細(xì)化過程以分層碎化為主要機(jī)制。高能球磨25h后，納米顆粒TiC 在Ti5Si3基體中分散均勻。
　　 對TiC/Ti 納米復(fù)合粉末進(jìn)行選區(qū)激光熔化實(shí)驗(yàn)，成功制備了TiCx 增強(qiáng)Ti基納米復(fù)合材料試件。激光線能量密度η為1100 J/m 時，成形試件致密達(dá)95.6%。增強(qiáng)體TiCx 為層片狀納米結(jié)構(gòu)，平均厚度為54 nm，且在Ti基體中

4、分布均勻。TiCx 層片狀納米結(jié)構(gòu)是由于自TiC 核心開始形成之時，其生長就受到了激光熔池中特有的“微觀有效應(yīng)力”抑制，使其難以長大，加之TiCx特有的晶體結(jié)構(gòu)，TiCx 以層片狀納米結(jié)構(gòu)生長。選區(qū)激光熔化SiC/Ti 復(fù)合粉末，原位制備了TiC/Ti5Si3 復(fù)合材料試件。當(dāng)激光線能量密度η為800 J/m 時，SLM試件保持了良好的凝固組織連續(xù)性和均勻性，致密度達(dá)94.6%。因激光能量密度呈Gauss分布，激光作用的熔池中心及邊緣將