Nb对选区激光熔化Zr基非晶合金组织及力学性能的影响

文摘   2024-10-25 21:15   湖北  


责编 明  秋

校对 筱  萍

审发 祁  

图片来源:非晶中国大数据库

选区激光熔化技术(Selective Laser Melting,简称 SLM),通过高能激光束将预置粉末熔化并逐层累加成形,实现了材料的超快加热/冷却,为解决块体非晶合金尺寸受限提供了重要手段。非晶合金不具备晶态合金所具有的位错、缺陷等特点,在变形过程中主要通过高度局域化剪切带进行,并沿单一主剪切带迅速扩展,导致材料出现室温脆性断裂。因此,要实现块体非晶合金的广泛应用,突破块体非晶合金的本征脆性成为亟待解决的问题。

通过添加第二相金属颗粒提高非晶复合材料韧性是一种有效的制备方法,但是,第二相颗粒的添加增加了复合材料的制造难度,若加工工艺不合理,材料内部可能出现颗粒团聚、界面结合不好、应力集中等问题,同时,添加第二相颗粒含量过大,会降低非晶复合材料的非晶率,从而导致材料性能劣化。

来自太原科技大学的畅泽欣等通过添加不同质量分数的Nb颗粒(0%、1%、5%、10%),控制非晶相比例,建立了增强相与复合材料微观组织及纳米压痕力学性能之间的映射关系,实现非晶复合材料强韧性的提高,阐明了Nb颗粒对块体非晶复合材料的增韧机理。相关研究成果于2024年10月在《表面技术》网络首发。

研究人员将Nb颗粒粉末与锆基非晶粉末均匀混合,并采用选区激光熔化技术制备不同Nb颗粒含量(0%、1%、5%、10%,质量分数)的锆基块体非晶复合材料。并通过扫描电子显微镜、X射线衍射、透射电镜、纳米压痕以及数值模拟等手段(图1-5),重点研究了不同Nb颗粒含量对非晶复合材料不同微区(熔池区、重熔区和热影响区)的微观组织形成机理和纳米压痕力学行为的影响规律。结果表明:Nb颗粒在非晶基体中分布均匀,试样均存在少量气孔、微裂纹等缺陷。当激光功率为90W时,非晶复合材料具有最优成形质量。非晶复合材料中不同微区(熔池区、重熔区和热影响区)在成形过程中经历的温度场特征不同,呈现不同的微观组织特征。熔池区为完全非晶状态,重熔区和热影响区由纳米晶沉积在非晶基体上。同时,Nb颗粒与非晶基体结合良好,在Nb颗粒与非晶基体界面处存在元素相互扩散现象,颗粒与非晶基体界面处形成了独特的扩散层,具有平滑的成分梯度和较强的冶金结合,无新相生成。随着Nb含量增加,非晶复合材料的硬度、弹性模量、弹性恢复率和断裂韧性明显提高。Nb颗粒的存在阻止了裂纹传播并且促进了多个剪切带的增殖与分化,提高了非晶复合材料的塑韧性。当功率为90W,Nb含量为10%时(表1),弹性恢复率与断裂韧性最大达到0.66、4.852MPam1/2

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