本技术涉及一种采用难熔高熵合金颗粒作为增强体的铝基复合材料,以及相应的分层扫描3D打印技术。在制造过程中,通过精确控制激光扫描速度,实现了复合材料的均匀分布和性能优化。
背景技术
随着航空航天、汽车、轨道交通等领域技术的快速发展,对铝合金的强度等性能提出了更高的要求。铝基复合材料是以铝合金为基体,通过加入增强体而改善基体材料性能,常用的增强相主要为陶瓷材料,虽然陶瓷增强相具有较高的强度和硬度,但是陶瓷颗粒与铝基体界面润湿性差,结合强度不高,易造成复合材料塑性偏差,使陶瓷颗粒增强铝基复合材料的应用受限。因此,如何选择一种更为合适的增强颗粒来进一步发掘铝基复合材料的力学性能潜力,是该领域急需解决的问题。
难熔高熵合金主要由W、Ta、Mo、Nb、V、Ti、Hf等元素组成,该类高熵合金具有较高的熔点以及高强度等优异特征。研究发现高熵合金与铝基体有着相近的热膨胀系数,且金属与金属之间具有的天然界面结合特性,使得高熵合金与铝基体的界面润湿性良好,且其中的部分元素如Ti、Ta、Nb等元素与铝基体可以形成Al3
Ti等晶粒细化剂,从而细化铝基体的晶粒。目前已有关于高熵合金作为增强相的报道,但是主要集中在传统的FeCoCrNi、AlCoCrFeNi系高熵合金,而关于难熔高熵合金作为增强相制备铝基复合材料还未有报导。
增材制造技术是目前铝基复合材料的重要制备技术之一,常用的有激光选区熔化等技术,由于铝合金对红外激光的高反射率,增强相的存在可以有效提高激光的吸收率,且该技术可以成形出形状复杂的零件。在激光打印过程中,熔池内部独特的热历史和较高的温度梯度容易使零件在凝固时存在较大的热应力,已有报道采用激光重熔技术来调控熔池内部的热历史和温度梯度,可以减少内部缺陷和残余应力并改善零件成形质量,但是也大幅度增加了材料制备的时间及成本,而目前尚未有报道采用分层扫描的方式在保证打印效率的同时改善复合材料的组织和性能,因此合理设计相关工艺参数,是制备铝基复合材料中本领域技术人员亟待解决的问题。
综上所述,为了进一步提升铝合金的性能和扩大铝合金的应用范围,开发新的铝基复合材料体系及其制备方法对航空航天、汽车、轨道交通等领域具有重要意义。
实现思路