增材制造顶刊《AM》：冷喷涂沉积梯度Al-SiC复合材料！(2)
时间：2022-09-22 10:51 来源：材料学网 作者：admin 阅读：次
图3所示为冷喷涂实验中使用的粗 SiC-F220（a 和 b）、细 SiC-F280（c 和 d）和 Al（e 和 f）原料粉末的形貌的 SEM 显微照片（up ×500）和细节（down×5000）。
图4所示为以5rpm的恒定速度沉积的纯铝样品的参考显微图。(a)整个四层沉积OM的微观结构概览，(a)中的插入物对应于Al沉积表面的照片图像。(b和c)基底和沉积表面界面OM显微结构细节，(d)沉积内部SEM显微结构细节高倍放大图。红色和黄色箭头分别表示高度变形和较少变形的区域。
图5所示为SEM和EDS测图显示了Al-SiCFP复合材料的表面形貌(a-d)
1rpm和(e-f)
3rpm。(a-b)和(c-d)分别对应图5d中的表面区域Slow和表面区域Shigh。(a和c)中的插图显示了更高放大倍率下SiCP的影响(对应于蓝色矩形)。(e、f)分别对应图5f中的表面区域Slow和表面区域Shigh。EDS测绘使用Si
(kα)辐射进行，局部高SiC含量在这里显示为蓝色(对于图中颜色参考的解释，读者可以参考本文的Web版本)
图6所示为均匀处理的Al-SiCFP样品的微观结构概况和细节(OM显微图的截面)共沉积的固定SiCFP粉末投递率(a-b):
4.6 g/min (1 rpm)， (c-d): 9.2 g/min (2 rpm)和(e-f): 13.8 g/min (3
rpm)表面区域Slow (左) 和Shigh (右).。图中的蓝色矩形。A-f表示以更高倍率显示的区域，以显示细节。
图7所示为(a) 喷涂铝、(b) Al-SiCCP3 和 (c) Al-SiCFP3 沉积物在拉伸试验后的断裂表面。
图8所示为梯度Al-SiCFP沉积中各层厚度(左纵坐标)和SiCFP组分(右纵坐标)与对应层的相关性。
图9所示为不同冷喷涂 AMCS沉积物中获得的 SiCP体积分数与原料粉末中陶瓷含量的比较。
本研究表明，在冷喷涂中使用两条粉末进料线可用作沉积Al-SiCP 复合材料的适当增材制造工具。不同硬质相含量的单个沉积特征与使用预混合粉末混合物获得的特征相似。然而，与使用粉末混合物相比，调整单个进料速率的给定灵活性允许更好地微调硬相含量并易于构建多层分级复合材料。
复合材料形成均匀的理想前提是Al和硬相粉末的尺寸相近，以及适当的喷涂参数设置。原则上，使用较粗的粉末作为铝基复合材料的增强体是可能的，但会导致沉积不均匀性和内部缺陷。尺寸相近的Al和SiC粉末在沉积物中形成较为均匀的硬相，且硬相分布较为明确，从而产生了明确的功能特性，例如导电性或硬度。单个沉积效率，以及它们随着硬相含量的增加而降低的差异，可以通过各自的颗粒表面相互作用和绝热剪切失稳达到键合所需的条件来解释。
将产生均匀沉积的条件转移到在整个成分范围内沉积具有致密和无孔微观结构的四层分级Al-SiCP 复合材料。因此，使用单独调整的粉末进料线的冷喷涂共沉积是实现良好分级复合材料增材制造的重要一步。单独成分和更细的梯度可以通过粉末进料速率和机器人运动学进行调整。通过调整好参数集，基本原理也可以转移到其他材料组合，如金属-金属(Cu-W, Cu-Mo, Ti6Al4V-Steel等)或金属-陶瓷(Ni-Al2O3, Ti-TiC等)。然而，这种分级复合材料的个别性能还需要进一步评估，如果需要，可以通过后期处理进行调整。
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