均匀化处理对激光选区熔化GH3536和GH4169合金组织和显微硬度的影响

GH3536和GH4169镍基高温合金常用来制造航空发动机等热端部件。采用激光选区熔化(selective laser melting,SLM)最优工艺参数制备GH3536和GH4169合金试样,研究不同均匀化温度和保温时间对两种合金组织演变、平均晶粒尺寸和性能的影响,利用OM、SEM、EDS等方法表征其缺陷特征和微观组织,利用维氏硬度仪测试合金的显微硬度。结果表明:成形态GH3536合金中存在更多缺陷,包括气孔、裂纹和未熔合;成形态GH4169合金中只存在气孔。均匀化处理使合金熔池消失,使晶粒长大成为等轴晶。GH3536合金晶界和晶内有M_(23)C_(6)析出,GH4169合金晶界和晶内有NbC析出,随着均匀化温度升高,析出物明显减少。GH3536合金的平均晶粒尺寸从1130℃,1 h的48.5μm增大到1250℃,4 h的100.9μm,增大了106.8%;GH4169的平均晶粒尺寸从1080℃,1 h时的57μm增大到1200℃,4 h时的87.4μm,增加了53.3%。GH3536合金经过均匀化处理后显微硬度下降明显,由原来262HV下降到180~190HV;与之相反,GH4169合金经过均匀化处理后硬度提高,显微硬度均保持在430~450HV之间,明显高于成形态试样的313HV。

3D打印石墨烯增强复合材料研究进展

近年来,石墨烯优异的力学、热学性能以及大规模量产的可行性,使其成为了研究热点。将石墨烯作为增强相添加到金属、聚合物及陶瓷等材料中,有望提高复合材料的综合性能。针对复合材料性能优化的需求,各种用于制备石墨烯增强复合材料的制造方法应运而生。其中,3D打印技术兼具工艺灵活和制备的产品性能优异的优点,引起了学者的广泛关注。然而,石墨烯自身密度低、比表面积大且易团聚,对复合材料的力学性能会造成不利影响,且其与陶瓷或金属基体的润湿性差,无法形成良好的界面结合。因此,如何将石墨烯均匀分散于复合材料中一直是学者们的研究重点,目前开发的分散方法有溶液混合法、熔体混合法、原位混合法和机械球磨法等。其中,将石墨烯分散于金属基粉体或陶瓷基粉体中的方法主要有溶液混合和机械球磨,石墨烯均匀分散于基体中不仅能提高复合材料的力学性能,还能改善其与基体的界面结合。研究较多的石墨烯增强聚合物复合材料混合方法主要有溶液混合、熔体混合和原位混合等,利用上述方法得到的三维样品力学性能、导热和导电性能均有较大提升,且应用于生物医学或储能领域表现出良好的生物或电学性能。本文从金属基复合材料、聚合物基复合材料及陶瓷基复合材料三个方面综述了3D打印石墨烯增强复合材料的研究进展,从制粉和成形两个角度详细阐述了石墨烯增强复合材料在3D打印方面的应用。期待未来石墨烯增强复合材料可以广泛应用于能源器件、生物支架及航天航空等领域,为材料的研究拓展更广阔的空间。

SiC颗粒对AlCoCrFeNi高熵合金涂层显微组织与力学性能的影响

应用激光熔覆技术制备了Al CoCrFeNi高熵合金涂层,研究了不同Si C添加量对涂层组织、硬度及耐磨性的影响。结果表明:Al CoCrFeNi高熵合金涂层由面心立方结构(FCC)和体心立方结构(BCC)两相组成。添加Si C生成了Cr2Fe14C相,但是抑制了Cr基FCC相的生成。随着Si C含量的增加,熔覆层的缺陷减少且组织形貌发生改变,主要是由晶内BCC、晶间Cr基FCC相和白色析出物组成,其中,白色析出物为Cr2Fe14C相和未熔化的Si C颗粒,且分布在晶间。Si C的加入可以显著提高涂层的硬度及耐磨性,随着Si C含量的增加,涂层的硬度及耐磨性会随之增加。

适于3D打印的金属及陶瓷粉末表面包覆研究进展

3D打印技术自出现以来,受到人们的普遍关注。其成型材料主要以粉末为主,粉末材料的性能对成形件有显著的影响。在粉末3D打印的过程中,常常由于粉末的流动性差、收缩系数大等问题,极易出现成形件组织不均匀、开裂、孔洞等缺陷,这都与3D打印的粉末材料性能有着十分密切的关系。由于3D打印所需粉末材料具有比表面积大、吸附团聚效应强、表面活性大等特点,很多打印粉末材料如果不进行预处理,极易在3D打印中出现分散不均匀的现象,这对打印成形件质量会造成明显的恶化。对打印用的粉末进行表面改性处理,可以有效地提高成形过程的工艺性能,从而改善3D打印结构零件的综合性能。常见的粉末改性手段有很多,粉末表面包覆使得材料拥有良好的浸湿性、流动性、耐腐蚀性等,还可以使材料的“壳”和“核”的性能得到更好的发挥。对3D打印技术所用的金属或陶瓷粉末表面进行包覆,可以在粉末材料制备过程中,按需要对粉末表面进行包覆处理,使其能够更好地展现材料的优异性能。本文结合主要的金属/陶瓷粉末包覆方法,并对当前关于3D打印的金属/陶瓷基粉末包覆常规方法进行归纳分析,总结了3D打印过程中利用陶瓷/金属/高分子表面材料来包覆金属或陶瓷基的粉末材料,为进一步探索关于3D打印的金属/陶瓷粉末的研发提供参考和启发。

热处理对激光选区熔化IN718合金室温低周疲劳性能的影响

Inconel 718高温合金被广泛用于制造航天发动机等的热端零部件,提高其疲劳性能对于零部件的长期稳定服役意义重大。研究了不同热处理制度对激光选区熔化成形Inconel 718合金微观组织、相分布及疲劳性能的影响。采用电镜和电子背散射衍射仪分析了热处理试样的断口形貌、断口纵剖面应力分布及微观特征,详细阐述了热处理合金的低周疲劳断裂机理。结果表明:相较于成形态,热处理合金内部析出了δ相和γ″、γ′强化相,内部应力得以释放,疲劳性能显著提升。经过均匀化+固溶+双时效热处理后,Inconel 718合金的疲劳循环周次能够达到31990次。基于Orowan强化机制,晶粒内弥散分布的γ″、γ′强化相以及晶界上析出的δ相会阻碍位错滑移,从而延缓基体中微裂纹的扩展,增加疲劳过程中的循环周次。本次试验采用的热处理制度为激光选区熔化成形Inconel 718零部件提供了参考。