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　　正在金属资料中引入第二相粒子是普及金属资料力学功能的要紧门径之一。本文提出一种Al6061铝箔包裹TiC和Al6061的搀和粉末造成一种卓殊填料焊丝的TiC/Al6061复合资料电弧增材筑制的新要领，并分手琢磨质地分数为1%、2%和3%的TiC颗粒对制备的铝基复合资料结构与功能的影响。结果注明，TiC质地分数为3%的复合资料与基体资料比拟，试样的均匀晶粒尺寸由45.5μm减小到25.3μm，细化了44.4%；抗拉强度和投降强度由148.5MPa和118.0MPa晋升到178.1MPa和157.3MPa，分手晋升了19.9%和33.3%；均匀显微硬度由50.5HV添加至65.2HV，晋升了29.1%。外面集合及试验明白注明，TiC的载荷传达加强和晶粒细化以及Orowan加强机制，是资料力学功能普及的要紧来源。

　　铝合金密度低、塑性好，具有优异的导热性、导电性和耐腐性[1]，是航空航天[2–3]、交通运输[4–6]、海洋船舶[7]及其他装置筑制行业[8–9]的闭头根底资料。更加正在航空航天规模，飞机的铝合金利用量抵达70%[10]。跟着装置功能的不竭晋升，守旧铝合金仍然抵达了强度极限，很难再有冲破性的成长，于是对高强度铝合金的需求尤其危急。铝基复合资料（Aluminum based matrix composites，AMCs）能够将铝合金基体和硬质加强颗粒集合[11]，使得铝合金的强韧性进一步普及。

　　目前，铝合金制件的成形筑制要紧以工艺流程庞大且依赖模具的锻制、锻制、挤压等守旧技艺为主。跟着装置功能的成长，守旧技艺不但难以知足庞大构造完全成形的央求，更难以知足随装置策画蜕化所需急速反映的短流程筑制需求。增材筑制技艺是依据三维模子直接成形的分娩筑制技艺，能够急速近净成形庞大构件。近年来，增材筑制技艺[12–15]最先平凡操纵于金属构件的筑制，采用资料渐渐累加的体例直接、短流程[16]地筑制零件，使各式庞大构造的轻量化策画到完全筑制成为大概。目前，金属增材筑制依据热源的分别，能够分为激光增材筑制、电子束增材筑制和电弧增材筑制（Wire arc additive manufacturing，WAAM）。电弧增材筑制比拟于其他两种金属增材筑制技艺，具有开发纯洁、能量运用率高、对情况央求低和可筑制大型零件[13，17]的上风，最先平凡操纵正在铝合金资料以及铝基复合资料制备规模。Cong等[18]采用超声波脉冲变极性TIG制备了2024铝合金薄壁构造kb，发掘超声频率脉冲电弧能够普及试样的笔直拉伸功能，刷新功能的各向同性。其余，Fu等[19]利用电弧增材筑制技艺制备了TiC/AA7075复合资料，结果注明，TiC纳米颗粒的参与普及了铝合金的动态力学功能。Sun等[20]利用直接送粉法和送丝复合电弧增材筑制了增添B4C、SiC、TiC和WC/W2C颗粒的铝基复合资料，结果注明，陶瓷颗粒的参与能够普及复合资料的硬度和耐磨性。然而，直接制制复合焊丝本钱过高，且制制焊丝需求将加强粉末参与熔融状况的金属，延续的高温会粉碎加强颗粒的构造；直接送粉法会影响电弧牢固性，影响成形质地，且粉末资料的运用率较低。

　　本文提出了一种平常焊丝和卓殊填料焊丝同时送进的TiC/Al6061复合资料电弧增材筑制的新要领。基于TiC颗粒相宜的比重[20]、润湿性好[21]和强金属性[22]等便宜，通过利用Al6061铝箔包裹TiC和Al6061搀和粉末制备卓殊填料焊丝的要领，急速、便利地将TiC颗粒引入基体资料，并开荒了相干的送填料焊丝开发，制备了TiC质地分数分别的TiC/Al6061复合资料，详尽比较明白分别质地分数的TiC对TiC/Al6061复合资料微观结构、物相因素和力学功能的影响法则和机理。

　　本文利用电弧增材TiC/Al6061复合资料制备安装及成型历程如图1所示。焊接电源为逆变式交直流脉冲氩弧焊机，运动驾驭安装为三轴数控平台，采用平常焊丝和卓殊填料焊丝同时送进的要领制备TiC/Al6061复合资料。

　　本文采用的是平常焊丝和卓殊填料焊丝同时送进的要领，个中卓殊填料焊丝采用Al6061铝箔包裹TiC和Al6061的搀和粉末。于是，要制备分别TiC质地分数的TiC/Al6061复合资料，需求推算TiC颗粒的质地分数，即

　　式中，CTiC为TiC颗粒的质地分数，mTiC、m焊丝、m铝粉和m铝箔分手为TiC粉末、焊丝、铝粉和铝箔的质地。

　　第2步，据式（1）和（2），以及复合资料中TiC的质地分数，推算需求参与的TiC颗粒的质地，然后量取TiC颗粒。本文所利用的TiC颗粒尺寸为800nm。将量取的TiC颗粒和Al6061粉末搀和，制备TiC和Al6061搀和加强粉末，制备流程如图2所示。

　　全体流程如下：先将TiC散漫正在无水乙醇溶液中（TiC和无水乙醇的质地比为1∶200），过程12h的超声振荡后使其充盈散漫平安均搀和；然后将肯定量的铝粉参与TiC–无水乙醇悬浊液中，过程12h的超声振荡后，正在加热磁力搅拌下收拾至搀和溶液为糊状，再过程80℃的线h，获得搀和粉末；为了进一步添加TiC的散漫平均性，最终利用真空球磨对搀和粉末举办收拾。球料质地比为3∶1，转速为250r/min，采用分段球磨法球磨3h。3种分别TiC质地分数的TiC和Al6061搀和加强粉末的SEM照片如图3所示。

　　第3步，制制填料焊丝。将相应重量的TiC和Al6061搀和粉末平均地包裹正在铝箔之中。正在填料焊丝制制竣事后对其举办压紧操作排出内部气氛，使其变为矩形截面的填料焊丝（图4）。为防守制制历程中填料焊丝外貌粘附杂质，利用无水乙醇擦拭外貌并正在恒温烘干箱内烘干。

　　本文所用的焊接电流为180~160A，跟着焊接层数的添加电流渐渐低落；焊接速率4mm/s、送焊丝速率240mm/min、送自制焊丝速率240mm/min。

　　通过图1的安装制备如图5所示的积聚试样，每种组分分手积聚3个试样，并正在图5所示的名望取样分手制备拉伸试样、金相结构、显微硬度和物相观测试样，个中每个积聚试样切取3个拉伸试样。依据GB/T228.1—2010切取拉伸试样，拉伸试样的尺寸如图6所示。

　　为了探究分别质地分数的TiC颗粒对电弧增材筑制TiC/Al6061复合资料试样析出相的影响，运用X射线衍射仪对试样举办物相明白，明白结果如图7所示。能够看出，跟着TiC颗粒的参与，检测到了TiC的衍射峰，跟着TiC质地分数的渐渐添加，TiC的衍射峰渐渐变强，可知TiC颗粒未被统统明白，而且动作异质形核使晶粒细化。从图7（b）、（c）和（d）中能够看出，跟着TiC颗粒的渐渐增加，Si的衍射峰变弱。如图7（c）所示，当TiC的质地分数为2%时，Si的衍射峰强度最低，这是由于正在电弧增材筑制铝基复合资料历程中Si产生了固溶[23]，同时Si元素和片面TiC正在界面上产生化学反映，天生Ti–Si化合物[24–25]，使得Si的衍射峰强度削弱。其余，跟着TiC颗粒的参与，物相中检测到了Al4C3，这是片面被明白的TiC形成了逛离的C，C和Al基体产生界面反映，天生的硬脆相[26–28]。

　　图8为未增添TiC颗粒和增添TiC颗粒的样品沿浸积倾向的截面微观结构和晶粒尺寸统计图。晶粒尺寸利用复旦大学开荒的NanoMeasurer软件举办统计。通过比较能够发掘，未增添TiC颗粒的试样中，晶粒要紧为柱状晶粒和粗等轴晶。个中，柱状晶有显着的倾向性；增添TiC颗粒后，晶粒由柱状晶和粗等轴晶向细等轴晶变动，晶粒的均匀尺寸减小；当TiC质地分数为3%时，和未增添TiC颗粒比拟，晶粒整个变动为细等轴晶，晶粒尺寸由45.5μm细化至25.3μm，均晶粒尺寸缩小了44.4%。这是由于TiC颗粒能够充任非自愿形核的主旨[29]，正在凝聚历程中，造成异质形核使晶粒细化。跟着TiC质地分数的添加，供给给铝熔体的异质形核点添加，晶粒细化越显着。其余，跟着TiC质地分数的渐渐添加，晶粒的滋长倾向从沿积聚倾向滋长渐渐变为无序滋长。这注明，TiC颗粒的参与使得晶粒滋长倾向区趋于随机。

　　图9为增添分别质地分数TiC颗粒的SEM图。能够看出，跟着TiC质地分数的添加，越来越众的TiC颗粒漫衍于晶界。这些TiC颗粒正在晶粒长大的历程中被推到凝聚前沿，并荆棘了晶粒的滋长[30]。

　　图10为TiC质地分数3%的TiC/Al6061复合资料试样EDS各元素总谱图。能够看出，EDS图谱中检测到了Ti和C，阐明了晶界处的颗粒为TiCx相[31]，依据2.2节的物相明白，推求其大概为TiC。

　　图11为分别TiC质地分数的TiC/Al6061复合资料试样的拉伸功能，能够看出，跟着TiC质地分数的添加，抗拉强度和投降强度渐渐添加，延迟率则闪现消浸趋向。当TiC质地分数添加到3%时，试样的抗拉强度和投降强度抵达最大值，分手为178.1MPa和157.3MPa，比拟浸积态分手晋升19.9%和33.3%，延迟率低落了13.3%。注明TiC颗粒的参与普及了复合资料的强度，然而低落了塑性。

　　图12（a）为分别TiC质地分数的TiC/Al6061复合资料试样的显微硬度漫衍图，图12（b）为增添分别质地分数TiC颗的TiC/Al6061复合资料试样均匀硬度漫衍图。从图12（b）中能够看出，跟着TiC质地分数的添加，试样的硬度闪现渐渐上升的趋向。当TiC质地分数3%时，试样的硬度最高，漫衍区间为60HV~70HV，均匀显微硬度添加至65.2HV，比拟浸积态，均匀硬度晋升了29.1%。

　　图13为分别TiC质地分数的TiC/Al6061复合资料试样的拉伸断口样子。能够看出，跟着TiC质地分数的添加，韧窝的巨细趋于牢固。但韧窝变浅且数目增加，注明得出的复合资料的塑性随TiC质地分数的添加而低落[23，32]，能够看出，断裂体例都涌现为有韧窝的塑性断裂。

　　由上文明白可知，TiC颗粒的增添使得复合资料强度晋升，要紧来源：（1）TiC颗粒的增添使复合资料晶粒尺寸减小，依据Hall-Petch外面[33]，晶粒的细化也能够普及强度和硬度；（2）依据Orowan机制[34]，外部载荷影响下，第二相的TiC颗粒荆棘运动中的位错持续运动，从而普及复合资料的强度；（3）TiC颗粒的强度比Al基体的高，正在受到外部载荷时，TiC颗粒能够承载并传达一片面载荷，从而对铝合金起到直接加强[35–38]的效益；（4）因为TiC颗粒和Al基体的热膨胀系数分别，正在铝合金电弧增材筑制的熔池造成和凝聚历程中，两者的冷却紧缩水准分别，形成热应力，使TiC颗粒和基体中的位错密度普及，从而起到间接加强效益[15，39]。同时，因为庞大的界面反映，片面TiC颗粒正在熔池冶金历程平分解，与合金基体产生界面反映，天生了脆硬相Ti–Si化合物和Al4C3，使得复合资料硬度添加，但加强相与金属基体之间集合削弱，从而低落外面的加强效益及资料的塑性。

　　本文琢磨了分别质地分数的TiC对电弧增材筑制铝基复合资料结构与功能的影响，从微观结构、力学功能等方面伸开明白，得出以下结论。

　　（1）增添TiC颗粒有助于细化晶粒，改换晶粒滋长倾向。跟着TiC质地分数的添加，试样的均匀晶粒尺寸由45.5μm细化为25.3μm，细化了44.4%；晶粒品种由柱状晶向细等轴晶变动，且结构尤其平均。

　　（2）跟着TiC质地分数的添加，试样的抗拉强度和投降强度都有较为显着的晋升，最高抗拉强度晋升至178.1MPa，投降强度为157.3MPa，分手晋升了19.9%和33.3%，延迟率消浸；硬度由50.5HV晋升至65.2HV，晋升了29.1%。

　　（3）本文为电弧增材筑制技艺制备复合资料供给了新思绪新要领，为后续的琢磨奠定了根底。

　　原因：吕奇钊, 周祥曼, 罗彬, 等. 电弧增材筑制纳米TiC颗粒加强铝基复合资料结构与功能琢磨[J].航空筑制技艺, 2024,67(10): 115–121, 130.

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　　原题目：《【复材资讯】电弧增材筑制纳米TiC颗粒加强铝基复合资料结构与功能琢磨》

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