什么是TiC/A1-15Si復合材料！

A1-15Si復合材料因具有較高的Si含量而展現(xiàn)出優(yōu)越的耐磨性和較高的硬度，本試驗主要對SLM成形TiC增強Al-15Si復合材料進行講解，研究了TiC增強相、激光重熔和熱處理對維氏硬度和耐磨性的影響。成形過程中通過選擇合適的條件以期獲得較高的維氏硬度和較好的耐磨性,滿足高強度和硬度的應用要求。

復合材料研究中，采用純度為99.5%的球形(D₅₀=25μm)Al-15Si粉末和純度為99.7%的近球形(D5o=6μm)TiC粉末。首先，利用高能球磨將兩種粉末混合在一起，磨球和粉末的質(zhì)量比為1：1，球磨速度為200r/min，時間為4h。然后將混好的粉末利用SLM成形，成形所使用的設(shè)備為HRPM-II。成形過程中，在成形腔內(nèi)充滿氬氣，以防止成形過程中試件被氧化。本試驗采用優(yōu)化的工藝參數(shù)如下:激光功率360W，掃描速度650mm/s，掃描間距0.06mm，層厚0.02mm。與此同時，為了考察熱處理對硬度和耐磨性的影響，將試樣置于623K保溫6h后，一半的試樣隨爐冷卻(退火)，剩余-半的試樣用水冷卻(淬火)。

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下面將采用阿基米德排水法測量試樣的致密度,并通過Wilson硬度機(432SVD)測量其維氏硬度，測試施加的載荷為1kg，加載時間為155。在MF5000(RteeInstrument)摩擦磨損試驗機上進行系列的摩擦磨損實驗，其中加載的力為3N，時間為15min。使用的摩擦副為直徑6.3mm的GCr15軸承鋼球，摩擦副的平均硬度為60HRC，摩擦頻率為4.5Hz,通過共焦掃描光學顯微鏡(Mi-cromeasure2)來測量試樣的磨損量V。磨損速率w(mm3/(N.m))通過公式w=V/FL計算得到，其中F為接觸力，L為總滑移長度。摩擦表面形貌通過SEM(JSM-7600F)觀察。

如下表所示：SLM成形的Al-15Si和Al-15Si/TiC試樣的致密度，從表中可以看出，激光重熔使得成形件的致密度增加了約1%，這是因為激光重熔掃描策略能夠?qū)⒃嚇颖砻嫖廴疚锖脱趸とコ?，并在原子級別提供一個較干凈的固-液界面，從而實現(xiàn)更好的熔化。此外，從表中可以看出，摻雜了TiC試樣的致密度要比不摻雜的低。這是因為在SLM成形過程中,TiC使Al合金熔液的黏度增加，流動性降低,熔液的流變學行為變差。

如下圖所示：描述了Al-15Si和Al-15Si/TiC在不同成形工藝及熱處理條件下試樣上表面的維氏硬度。可以看出，由SLM加工得到的試樣具有較高的維氏硬度值，這是因為SLM工藝是一個急速冷卻的過程，急冷后獲得細小的晶粒，使硬度升高。其中，熱處理(退火或淬火)之后，試樣的硬度值下降了大約6%~35%。然而，激光重熔得到的Al-15Si/TiC試樣硬度值降低最少，大約6%，這是因為激光重熔過程使得試樣中的殘余應力降低，使其在SLM過程中保持組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。此外，TiC顆粒還能夠抑制在負載過程中基體發(fā)生的局部變形，因此，其硬度在經(jīng)過熱處理后降低最少。

圖2：TiC摻雜和熱處理對AI合金試樣維氏硬度的影響