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激光直接沉积成形原位颗粒增强金属基复合材料研究

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激光直接沉积成形技术在复杂、高性能金属零件的制造上具有广泛的应用前景。然而，激光直接沉积金属零件依然存在着易开裂的难题，制约着该技术在金属材料成形方面的实际应用。因此，以成形材料的强韧性为目标，通过多元成分设计、激光诱导原位颗粒增强和激光成形工艺优化等技术的协同，进行激光直接沉积成形原位颗粒增强金属基复合材料的研究具有重要的科学意义和应用价值。
　　本实验通过高熵合金的设计思路，设计沉积合金粉末的成分组成，并通过原位增强颗粒的生成和合金元素的优化，提高激光直接沉积层的韧性和强度。利用FL-Dlight02-3000W半导体激光器成套设备在45#钢表面制备了FeCrCoNiTiAl0.5合金沉积层、添加C和B元素的梯度沉积层和优化合金元素Al、Ti、Co、Ni沉积层。利用OM、EDS、SEM、XRD、TEM、显微硬度计以及摩擦磨损试验机等测试分析设备，对所制备沉积层的微观组织、成分、相组成、裂纹消除机制、硬度和磨损性能等进行了系统的研究。实验结果表明:
　　优化的激光工艺参数为:功率1400W，离焦量在312mm，光斑尺寸7.18mm×4.30mm，扫描速度300mm/min，搭接率为10％;制备的沉积层组织较为均匀，无明显裂纹气孔产生;合金FeCrCoNiTiAl0.5沉积层组织主要是以大小不一的等轴晶为主，并且在晶界和晶粒内部均有富Ti析出物析出;涂层相结构为简单的BCC固溶体，显微硬度在650HV左右。
　　添加C和B元素的梯度层，出现大面积的TiC析出相，形貌呈现不规则的四边形和花形，相结构由原来的BCC结构的固溶体转变成FCC。合金中Al元素含量对涂层的组织、相结构和涂层的开裂情况具有重要影响。优化出了Fe-Cr-Co-Ni-Ti-Al-B-C-Si-Y2O3复合粉末的合金配方，成功沉积制备出了厚度3mm、无裂纹、硬度达到500HV的原位TiC颗粒增强的金属基复合材料样品;原位生成TiC颗粒相尺寸主要在纳米和微米范围，其中原位生成的大量纳米尺寸的颗粒是激光直接沉积材料具有较高强韧性的重要因素。

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