AlCoCrFeNiCu_x系高熵合金激光增材制造组织与性能研究

AlCoCrFeNiCu_x系高熵合金激光增材制造组织与性能研究

论文摘要

多种元素的协同作用使得高熵合金可同时具有许多优异的性能。目前所研究的高熵合金多是由真空电弧或感应熔炼的方法制备。合金的性能由化学成分与组织结构决定,但是制备方法直接影响了合金的微观组织,进而影响力学性能。增材制造具有不需要模具、复杂结构一次成型、材料利用率高等优点,很多传统合金已可采用增材制造技术进行成型,因此本文研究了高熵合金的增材制备技术。选择铸态性能优异的Al0.3CoCrCuFeNi和AlCoCrFeNi2.1高熵合金,进行了激光选区熔化成型研究。AlCoCrFeNi2.1高熵合金在合适的SLM工艺参数(激光功率130w、扫描速度1000mm/s、铺粉厚度0.04mm)下,制得的试样缺陷最少,而且致密度超过铸态;而对Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金由于含有低熔点Cu元素,在激光熔化成型实验中Cu元素的偏析促使裂纹的产生,在制备的试样中始终可以观测到微裂纹的存在。对AlCoCrFeNi2.1高熵合金SLM试样进行组织结构分析:在高倍扫描电镜下,铸态为层片状共晶组织,层间距约为2μm;而SLM试样为胞状亚结构共晶组织,尺寸在200nm1000nm之间。增材成型后元素分布更加均匀,组织更加细小,说明冷却速度和制备方式对合金的组织有显著影响。与铸态AlCoCrFeNi2.1高熵合金相比,SLM试样在强度和塑性方面都有明显提升,屈服强度由545MPa提升到1040MPa,抗拉强度由1070MPa提升到1200MPa,断后延伸率由17%提升到23%,硬度由320HV提升到354HV。SLM试样的磨损机制主要为粘着磨损;铸态试样由于硬质B2相的存在,其磨损机制为粘着磨损并伴随磨粒磨损。铸态试样的耐磨性比SLM试样更好。在3.5wt%NaCl溶液的腐蚀环境中,铸态AlCoCrFeNi2.1高熵合金的耐腐蚀性可以与304不锈钢相媲美,SLM制备的AlCoCrFeNi2.1高熵合金耐腐蚀性能和铸态的几乎一致,制备方式对耐腐蚀性能几乎没有影响。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 高熵合金的概述
  •     1.1.1 高熵合金的定义
  •     1.1.2 高熵合金的四大效应
  •     1.1.3 高熵合金的制备方法
  •   1.2 金属增材制造技术的发展和应用
  •     1.2.1 金属增材制造技术主要分类及应用
  •     1.2.2 高熵合金增材制备技术的研究进展
  •   1.3 本文研究的目的和内容
  • 2 试验方法
  •   2.1 实验流程
  •   2.2 实验材料
  •   2.3 试样制备
  •     2.3.1 真空电弧熔炼
  •     2.3.2 真空中频感应熔炼
  •     2.3.3 激光选区熔化制备
  •   2.4 显微结构组织测试
  •     2.4.1 X射线衍射(XRD)
  •     2.4.2 显微组织结构观察
  •     2.4.3 电子探针(EPMA)
  •   2.5 各项性能测试
  •     2.5.1 热力学参数测试
  •     2.5.2 力学性能测试
  •     2.5.3 致密度测试
  •     2.5.4 耐腐蚀性测试
  • 3 激光选区熔化技术工艺参数探索与优化
  • 2.1 高熵合金SLM技术工艺参数调试'>  3.1 AlCoCrFeNi2.1高熵合金SLM技术工艺参数调试
  • 0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM技术工艺参数调试'>  3.2 Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM技术工艺参数调试
  • 0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM技术产生裂纹原因分析'>  3.3 Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM技术产生裂纹原因分析
  • 0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM制件的显微组织'>    3.3.1 Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金SLM制件的显微组织
  • 0.3CoCrCuFeNi高熵合金的晶体结构'>    3.3.2 Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金的晶体结构
  • 0.3CoCrCuFeNi高熵合金的拉伸性能'>    3.3.3 Al0.3CoCrCuFeNi高熵合金的拉伸性能
  •   3.4 本章小结
  • 2.1 高熵合金激光增材制造组织与性能研究'>4 AlCoCrFeNi2.1高熵合金激光增材制造组织与性能研究
  • 2.1 激光增材制造显微结构组织分析'>  4.1 AlCoCrFeNi2.1激光增材制造显微结构组织分析
  • 2.1 的晶体结构'>    4.1.1 激光增材制造AlCoCrFeNi2.1的晶体结构
  • 2.1 的组织形态'>    4.1.2 激光增材制造AlCoCrFeNi2.1的组织形态
  •     4.1.3 胞状亚晶粒组织形成机制
  • 2.1 激光增材制造试样各项性能分析'>  4.2 AlCoCrFeNi2.1激光增材制造试样各项性能分析
  •     4.2.1 致密度分析
  •     4.2.2 力学性能分析
  •     4.2.3 腐蚀性能分析
  •   4.3 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 刘启明

    导师: 卢一平

    关键词: 高熵合金,激光选区熔化技术,显微组织,力学性能,腐蚀性能

    来源: 大连理工大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

    专业: 物理学,金属学及金属工艺,无线电电子学

    单位: 大连理工大学

    分类号: TG139;TN249

    DOI: 10.26991/d.cnki.gdllu.2019.002899

    总页数: 58

    文件大小: 6345K

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