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SiCf/Ti-6Al-4V的激光熔覆工艺与界面产物研究

SiCf/Ti-6Al-4V的激光熔覆工艺与界面产物研究

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作者：林齐石家庄铁道大学

学位级别：硕士

SiC/Ti-6Al-4V复合材料结合了纤维和金属的优异性能,是非常理想的航空航天材料,但其传统制备方法有诸多局限。本课题基于叠层实体制造技术和激光熔覆沉积技术,提出了一种可以制备SiC/Ti-6Al-4V复合材料的激光熔覆叠层复合增材制造技术,... 详细信息

SiC/Ti-6Al-4V复合材料结合了纤维和金属的优异性能,是非常理想的航空航天材料,但其传统制备方法有诸多局限。本课题基于叠层实体制造技术和激光熔覆沉积技术,提出了一种可以制备SiC/Ti-6Al-4V复合材料的激光熔覆叠层复合增材制造技术,并从纤维的表面处理、激光熔覆工艺参数及纤维与基体的界面产物三个方面进行研究。分别对无涂层、C涂层、Cu涂层和Ti-6Al-4V涂层SiC纤维在激光作用下的分解情况进行研究。结果表明:不同涂层对纤维的保护情况是:Ti-6Al-4V涂层>Cu涂层>C涂层>无涂层;成本较低的化学镀铜最佳工艺参数是:氢氧化钠2.5 g,反应时间60 min。针对SiC纤维在激光作用下易分解的特点,研究了保护气体流量、离焦量、送粉速率、激光功率和扫描速度对纤维分解情况的影响规律。结果表明:保护气体流量和离焦量最佳参数分别为15 L/min和1 mm;当激光功率大于225W小于300 W,扫描速度大于3 mm/s时,SiC纤维不发生分解;当激光功率大于300 W小于330 W,扫描速度大于4 mm/s时,SiC纤维不发生高温分解行为;当激光功率大于330 W小于360 W,扫描速度大于6 mm/s时,SiC纤维不发生高温分解行为;当激光功率为大于360 W小于400 W,扫描速度大于20 mm/s时,SiC纤维不分解;激光功率大于400 W,熔覆层内纤维完全分解。激光功率越小,扫描速度越大,纤维越不容易分解,优化的工艺参数区间为后续成形提供了依据。分别对有C涂层、Cu涂层和Ti-6Al-4V涂层的SiC/Ti-6Al-4V界面产物进行研究。结果表明,对于涂C层SiC/Ti-6Al-4V复合材料,当激光功率为300W、扫描速度为3 mm/s时,在纤维和基体的上部反应区,界面产物为C涂层、TiSi和TiC|TiC和TiSi|TiC和TiSi,在纤维和基体下部反应区,界面产物为C涂层、TiSi和TiC|TiC和TiSi(C)|TiC和TiSi(C);当激光功率为300W、扫描速度为20 mm/s时,界面产物为C涂层、TiSi和TiC|TiC。对于涂Cu层的SiC/Ti-6Al-4V复合材料,Cu涂层与纤维结合力极弱,在复合材料制备环节发生剥落。对于涂Ti-6Al-4V层SiC/Ti-6Al-4V的复合材料,界面产物为C涂层、TiSi和TiC|TiC。有Ti-6Al-4V涂层的SiC纤维与其他涂层的SiC纤维相比,与基体反应层薄,反应产物简单、化学性质稳定,是课题中最理想的涂层。

关键词： SiCf/Ti-6Al-4V复合材料激光熔覆叠层复合增材制造技术纤维分解纤维涂层界面产物

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