选区激光熔化制备CuSn10/AlSi10Mg功能梯度材料组织演变及裂纹产生机理

作     者：何鑫 罗霞 汤金钢 赵庄 戴玉宏 黄本生 

作者机构：西南石油大学 成都新杉宇航科技有限公司 中国工程物理研究院 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：中国工程物理研究院科学挑战项目(TZ2018006-0303-01) 国家自然科学基金(52376076) 

主　　题：选区激光熔化 功能梯度材料 显微组织演变 裂纹产生机理 显微硬度 

摘      要：选区激光熔化(SLM)制备功能梯度材料(FGMs)可以对性能进行局部定制。本文通过SLM制备了CuSn10/AlSi10Mg功能梯度材料，研究了材料成分比对CuSn10/AlSi10Mg过渡层显微组织的影响。通过CALPHAD计算了过渡层的物相及其数量，并结合EBSD结果讨论了梯度材料界面区域组织演化规律，揭示了界面区域裂纹的形成机制。结果表明，CuSn10/AlSi10Mg过渡层显微组织由基体、Al4Cu9相和Al2Cu相组成，形貌呈柱状晶粒和细小等轴晶粒。在过渡层区(从铜合金侧到铝合金侧)，随着AlSi10Mg含量的增加，基体含量变化不大，Al/Cu金属间化合物含量变化剧烈，Al4Cu9相先析出且含量逐渐减少，Al2Cu相后析出且含量逐渐增加，裂纹周围有大量Al/Cu金属间化合物生成。过渡区域内产生宏观开裂的主要原因是直接生成的Al4Cu9相引起高体积变化(4.4%)容易首先在0-20%AlSi10Mg区域内形成应力集中，启动微裂纹；Al2Cu相与基体中多余的铜转变为Al4Cu9相(间接生成)引起的高体积变化(4.3%)在80%AlSi10Mg区域内则进一步加重应力集中造成宏观开裂；避免Al4Cu9的生成(直接和间接生成)是解决裂纹的主要途径。过渡层区域的显微硬度高于两侧基体，最高硬度在裂纹处(804HV)，与Al4Cu9的硬度相近。