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| 陶瓷颗粒增强铝基复合材料3D打印研究
摘要
本文以AlSi10Mg为基体，采用轻质及重质陶瓷颗粒作为增强相，利用选区激光熔化技术（Selective laser melting, SLM）成功制备出致密度高的陶瓷颗粒增强铝基复合材料。对最优参数下的显微结构及力学性能进行了表征，探讨了增强相的强化机制，在此基础上，对后热处理也进行了相关研究，揭示了热处理温度对显微结构及力学性能的影响机制。本文主要研究内容如下：
（1）以轻质TiCN为增强颗粒，进行复合材料SLM成形工艺参数和性能研究。结果表明：当激光功率为344W，扫描速度为1800mm/s，扫描间距为0.075mm时，可达最高致密度97.32%。所制备出的试样，晶粒细小，TiCN无团聚，均匀分布于Al基体中，起到一定的强化作用，使得性能得到稳定提升，硬度可达166±2HV，抗压强度达到608Mpa。
（2）从铸造WC（Cast tungsten carbide，CC）和WC-20Co中选择合适的增强颗粒进行材料体系的探索，发现采用铸造WC能够获得更好的成形。在此基础上，使用实验设计的方法对CC/AlSi10Mg复合材料的工艺参数进行优化。结果表明：激光功率为180W，扫描速度为461mm/s，扫描间距为0.07mm，致密度可达98.2%。因铸造WC的熔点较高，在熔池中能够很好的保存，只有少部分会发生溶解扩散。添加铸造WC颗粒后， 材料的硬度，抗压性能都得到了提升，分别为233±11HV，653Mpa，耐磨性能也得到了提升，摩擦系数和磨损率仅为0.16和1.8×10-5mm3 N-1 m-1
（3）研究不同后热处理工艺对铝基复合材料物相、显微结构及力学性能的影响。具体工艺：退火热处理，分别在200℃，250℃，300℃下保温2h，空冷；T6热处理，在520℃保温1h，淬火后在180℃保温12h。结果表明两种材料的硬度均会随着退火温度的升高，出现下降的现象，当采用T6热处理时，下降的程度更高。退火热处理对两种材料的抗压强度的影响程度不如T6热处理， T6热处理后TiCN/AlSi10Mg抗压强度540Mpa，压缩应变大幅度增至60%，CC/AlSi10Mg的抗压强度为476Mpa，压缩应变小幅度增至16%。
关键词：选区激光熔化；TiCN/AlSi10Mg复合材料；CC/AlSi10Mg复合材料；热处理24
ABSTRACT
In this paper, high density ceramic particle reinforced aluminum matrix composites were successfully prepared by selective laser melting (SLM) using AlSi10Mg as matrix, light and heavy ceramic particles as reinforcement phase. The microstructure and mechanical properties under the optimal parameters were characterized, and the strengthening mechanism of the reinforcement phase was discussed. On this basis, the post heat treatment was also studied,and the influence mechanism of heat treatment temperature on the microstructure and mechanical properties was revealed. The main contents of this paper are as follows:
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