激光选区熔化制备CuSn10/AlSi10Mg功能梯度材料组织演变及裂纹产生机理
摘要
激光选区熔化（SLM）制备功能梯度材料（FGMs）可以对性能进行局部定制。通过SLM制备CuSn10/AlSi10Mg功能梯度材料，研究材料成分比对CuSn10/AlSi10Mg过渡层显微组织的影响。通过相图计算（CALPHAD）过渡层的物相及其数量，并结合背散射电子衍射仪（EBSD）结果讨论梯度材料界面区域组织演化规律，揭示界面区域裂纹的形成机制。结果表明，CuSn10/AlSi10Mg过渡层显微组织由基体、Al4Cu9相和Al2Cu相组成，形貌呈柱状晶粒和细小等轴晶粒。在过渡层区（从铜合金侧到铝合金侧），随着AlSi10Mg含量的增加，基体含量变化不大，Al/Cu金属间化合物含量变化剧烈，Al4Cu9相先析出且含量逐渐减少，Al2Cu相后析出且含量逐渐增加，裂纹周围有大量Al/Cu金属间化合物生成。过渡区域内产生宏观开裂的主要原因是直接生成的Al4Cu9相引起高体积变化（体积变化率为4.4%）容易首先在质量分数为0~20%的AlSi10Mg区域内形成应力集中，产生微裂纹；Al2Cu相与基体中多余的铜转变为Al4Cu9相（间接生成），其引起的高体积变化（体积变化率为4.3%）在质量分数为80%的AlSi10Mg区域内进一步加重应力集中，从而造成宏观开裂。避免Al4Cu9的生成（直接和间接生成）是解决裂纹的主要途径。过渡层区域的显微硬度高于两侧基体，最高硬度在裂纹处（804 HV），与Al4Cu9的硬度相近。
引用本文（GB/T 7714）
何鑫 He Xin, 罗霞 Luo Xia, 汤金钢 Tang Jingang, 等. 激光选区熔化制备CuSn10/AlSi10Mg功能梯度材料组织演变及裂纹产生机理[J]. Chinese Journal of Lasers, 2024.
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