激光沉积制备WCp_Al复合材料微观组织及增强相调控研究

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1、硕士学位论文激光沉积制备WCp/Al复合材料微观组织及增强相调控研究RESEARCHONMICROSTRUCTUREANDREINFORCEMENTCONTROLOFWCP/ALCOMPOSITEFABRICATEDBYLASERDEPOSITION高振增哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：TG456.7学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工程硕士学位论文激光沉积制备WCp/Al复合材料微观组织及增强相调控研究硕士研究生：高振增导师：陈彦宾教授申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年

2、6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG456.7U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONMICROSTRUCTUREANDREINFORCEMENTCONTROLOFWCP/ALCOMPOSITEFABRICATEDBYLASERDEPOSITIONCandidate:GaoZhenzengSupervisor:Prof.ChenYanbinAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpe

3、ciality:MaterialEngineeringAffiliation:SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence:June,2015Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要WCp/Al复合材料是一种新型的复合材料，其中的WC含有高原子序数元素W，因此对电磁波具有良好的吸收和屏蔽作用。WCp/Al复合材料由于具有质量轻、良好的力学性能及优良的高能射线屏蔽性能等，兼具结构性与功能性，在

4、航空航天及国防核工业等领域有良好应用前景。颗粒增强复合材料成型构件的制备大都需要通过机械加工、焊接等方法来实现。由于颗粒增强复合材料的特点决定其难于焊接及加工，这是制约颗粒增强复合材料广泛应用主要难点。本文利用丝粉同步激光沉积技术制备WCp/Al复合材料构件，减少了加工过程。采用同轴添加合金化元素Ti的方法抑制复合材料中存在的Al4C3相。通过工艺试验，分析了激光功率、扫描速度、送丝速度、WC颗粒与Ti粉送入量的比例对WCp/Al复合材料影响。研究认为Ti元素添加量越大，Al-Ti化合物生长越充分，甚至在铝基复合材料中出现微裂纹。采用XRD、SEM、ED

5、S、TEM等技术分析了WCp/Al复合材料中的物相组成及微观组织。单独添加WC颗粒时，铝基中存在大量黑色针状Al4C3相以及白色棒状Al4W相。Al4C3相在潮湿的环境中易于水解，不利于WCp/Al复合材料的综合性能的提高。合金化元素Ti作用下的WCp/Al复合材料中主要存在Al3Ti、Al4W、Al12W等金属间化合物，呈颗粒状（~10um），弥散分布在铝基体中，未发现Al4C3相的存在。研究发现Ti元素在WC颗粒周围富集，主要是在WC周围生成AlTi3、TiC等富Ti化合物，抑制WC颗粒向铝基体中的溶解、扩散，从而抑制Al4C3相生成、Al-W相的生

6、长。从热力学角度分析Ti元素对Al4C3相的抑制作用，在1450K以上时TiC的吉布斯自由能比Al4C3相低，TiC生成反应趋势及可能性大，因此在激光沉积过程中更容易生成TiC。采用纳米压痕技术测得Al3Ti相弹性模量为209.8GPa，略低于理论值，硬度值为8.9GPa。结合原位拉伸技术分析WCp/Al复合材料的断裂行为，裂纹萌生位置主要为：WC颗粒内部及Al-Ti团聚区域。铝基体具有良好的塑性使Al-Ti相、WC颗粒内部的裂纹尖端的应力得到暂时的释放。当裂纹扩展过程中绕过WC颗粒密集的部分，WC颗粒的存在能够改变裂纹的扩展路径。关键词：WCp/Al复

7、合材料；激光沉积；丝粉同步；合金化；微观组织-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractWCp/Alcompositeisakindofnewmetalmatrixcomposite(MMC).TheWCp/AlcompositehasexcellentradiationshieldingeffectsbecauseofthehighatomicnumberofWinWC.WCp/Alcompositehasagoodapplicationprospectinmanyfields,suchasaerospaceindustry,nuclearin

8、dustryandotherindustriesbecauseofitsadva