什么是TiC/A1-15Si复合材料！

A1-15Si复合材料因具有较高的Si含量而展现出优越的耐磨性和较高的硬度，本试验主要对SLM成形TiC增强Al-15Si复合材料进行讲解，研究了TiC增强相、激光重熔和热处理对维氏硬度和耐磨性的影响。成形过程中通过选择合适的条件以期获得较高的维氏硬度和较好的耐磨性,满足高强度和硬度的应用要求。

复合材料研究中，采用纯度为99.5%的球形(D₅₀=25μm)Al-15Si粉末和纯度为99.7%的近球形(D5o=6μm)TiC粉末。首先，利用高能球磨将两种粉末混合在一起，磨球和粉末的质量比为1：1，球磨速度为200r/min，时间为4h。然后将混好的粉末利用SLM成形，成形所使用的设备为HRPM-II。成形过程中，在成形腔内充满氩气，以防止成形过程中试件被氧化。本试验采用优化的工艺参数如下:激光功率360W，扫描速度650mm/s，扫描间距0.06mm，层厚0.02mm。与此同时，为了考察热处理对硬度和耐磨性的影响，将试样置于623K保温6h后，一半的试样随炉冷却(退火)，剩余-半的试样用水冷却(淬火)。

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下面将采用阿基米德排水法测量试样的致密度,并通过Wilson硬度机(432SVD)测量其维氏硬度，测试施加的载荷为1kg，加载时间为155。在MF5000(RteeInstrument)摩擦磨损试验机上进行系列的摩擦磨损实验，其中加载的力为3N，时间为15min。使用的摩擦副为直径6.3mm的GCr15轴承钢球，摩擦副的平均硬度为60HRC，摩擦频率为4.5Hz,通过共焦扫描光学显微镜(Mi-cromeasure2)来测量试样的磨损量V。磨损速率w(mm3/(N.m))通过公式w=V/FL计算得到，其中F为接触力，L为总滑移长度。摩擦表面形貌通过SEM(JSM-7600F)观察。

如下表所示：SLM成形的Al-15Si和Al-15Si/TiC试样的致密度，从表中可以看出，激光重熔使得成形件的致密度增加了约1%，这是因为激光重熔扫描策略能够将试样表面污染物和氧化膜去除，并在原子级别提供一个较干净的固-液界面，从而实现更好的熔化。此外，从表中可以看出，掺杂了TiC试样的致密度要比不掺杂的低。这是因为在SLM成形过程中,TiC使Al合金熔液的黏度增加，流动性降低,熔液的流变学行为变差。

如下图所示：描述了Al-15Si和Al-15Si/TiC在不同成形工艺及热处理条件下试样上表面的维氏硬度。可以看出，由SLM加工得到的试样具有较高的维氏硬度值，这是因为SLM工艺是一个急速冷却的过程，急冷后获得细小的晶粒，使硬度升高。其中，热处理(退火或淬火)之后，试样的硬度值下降了大约6%~35%。然而，激光重熔得到的Al-15Si/TiC试样硬度值降低最少，大约6%，这是因为激光重熔过程使得试样中的残余应力降低，使其在SLM过程中保持组织结构稳定。此外，TiC颗粒还能够抑制在负载过程中基体发生的局部变形，因此，其硬度在经过热处理后降低最少。

图2：TiC掺杂和热处理对AI合金试样维氏硬度的影响