激光粉末床熔融Ti/Al层状复合材料的成形性、界面特性及力学性能研究

摘要

采用激光粉末床熔融(Laser powder bed fusion,LPBF)增材制造技术制备了Ti/Al层状金属复合材料(Ti/Al layered metal composites,Ti/Al LMC),利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射、显微硬度及摩擦磨损实验等测试表征方法研究了Ti/Al LMC的成形质量、界面特性和力学性能。结果表明,根据异种材料特征有针对性地优化钛层和铝层的加工参数分别为800 mm/s、200 W;2400 mm/s、350 W时,可获得较低孔隙率(2.73%)的Ti/Al LMC样品,且钛层与铝层界面结合良好,具备较高的显微硬度(226.3HV)和良好的耐磨性(磨损率为10.4×10^(-4)mm^(3)/(Νm))。在不同工艺参数下制得的样品中均出现了TiAl金属间化合物,其形成原因是由于Ti/Al层状复合结构界面处存在相互扩散现象,且TiAl沿最大冷却速率方向优先从铝层向钛层生长。摩擦磨损实验表明良好的界面结合及适量TiAl金属间化合物的生成有助于提高Ti/AlLMC的耐磨性,磨损机制主要为粘着磨损和磨粒磨损。