激光沉积制备原位Mg2Si_Al复合材料的研究

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文激光沉积制备原位Mg2Si/Al复合材料的研究学位申请人：余楠学科专业：材料科学与工程指导教师：胡勇副教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其

2、他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名

3、__________日期___________摘要激光沉积制备原位Mg2Si/Al复合材料的研究摘要激光沉积技术冷却速度快、粉末选择无限制、工艺过程简单、激光束能量密度高，是一种具有高经济效益的技术。Mg2Si/Al复合材料具有低密度、高比模量、成本低廉等优点，适合于作汽车发动机缸套和制动盘等轻量化部件。本文采用预置法激光沉积制备了原位Mg2Si/Al复合材料，对Al-Mg-Si体系的热力学和动力学进行了分析，计算了体系的反应热力学，建立了激光沉积制备原位Mg2Si/Al复合材料的动力学模型。研究了不同激光工艺参数下单道单层和单道多层

4、复合材料的相组成、微观组织形貌、硬度、耐磨损性和耐腐蚀性，确定了最佳工艺参数。具体的研究结果如下：1、由热力学分析可知，Al-Mg-Si体系中生成的二元相有Mg2Si、Al3Mg2、Al12Mg17。其中Mg2Si的生成热和结合能最小，Gibbs自由能最低。由不同Mg2Si含量Al-Mg-Si体系的非平衡凝固计算得出，在激光沉积过程中低温阶段生成Al-Mg相；高温阶段以原位自生Mg2Si的反应为主，通过控制激光功率即体系温度可以消除Al-Mg相。2、沉积材料Al-Mg-Si体系中反应动力学机制为：熔化、扩散、反应、分解、冷却。随着体系

5、温度的增加，Al熔点以下时，Al-Mg相通过扩散反应生成Al3Mg2相。在高温阶段，Al3Mg2相分解，富Mg层中的Si和Mg在界面处发生反应生成大量的Mg2Si。建立了激光沉积Mg2Si/Al复合材料的动力学模型，?(??)????2(??:?)即=−3dt????????????6?(?:2)??????6???由动力学模型可知，影响体系反应动力学的因素主要有：富镁层的厚度、Si颗粒的大小、激光工艺(体系温度)以及铝的含量。富镁层厚度降低，Si颗粒尺寸减小，激光工艺(体系温度)升高，铝含量降低时体系的反应速率和反应程度会提高。3、

6、随着激光功率、扫描速度、Mg2Si含量的变化，材料的组织形态不同。不论是单道单层还是单道多层，沉积层都是由黑色小块状的Mg2Si相，白色块状的Si相+Al相+Mg2Si相以及灰色的α−Al相组成，且沉积层从下部至上部依次为柱状晶、树枝晶、等轴晶。随着激光功率和扫描速度的增加，Mg2Si含量增加，Mg2Si晶粒尺寸先减小后增大。在激光功率1000W，扫描速度350mm/min时，Mg2Si晶粒尺寸最小为3.5μm。体系中不同Mg2Si的含量影响组织中Mg2Si的形态和分布，当Mg2Si含量为4%和6%时，少量的点状和细条状的Mg2Si相

7、存在于沉积层底部；当Mg2Si为含量8%时，底部的Mg2Si增多且为复杂的汉字状；当Mg2Si含量增加至10%和15%时，Mg2Si以点状、块状、细条状、汉字状多种形态逐渐均匀的分布于组织中。I摘要4、随着激光功率和扫描速度的增大，复合材料的硬度先增大后减小，耐磨损性能与硬度成正比。当激光功率为1000W，扫描速度为350mm/min时，材料的硬度最高为2135HV左右，是基体6061Al合金的2倍；摩擦系数为0.52，磨损量最小为0.18mm，耐磨性最好；自腐蚀电位最大为0.2296V，自腐蚀电流最小，耐腐蚀性最好。随着Mg2Si含

8、量的增大，复合材料的硬度逐渐增加，材料的耐磨损性逐渐降低。这主要是因为Mg2Si含量增加，对复合材料的增强作用明显增加。关键词：激光沉积，Mg2Si/Al复合材料，反应热力学，反应动力学，显微组织IIABSTRACTSt