激光增材制造镍基复合材料界面连接机制与断裂行为

基于颗粒增强镍基复合材料优异的结构/功能特性,在航空航天、核电军工和电子电工等领域有着广泛的应用前景.本文选用机械球磨混粉+激光选区熔化方法(SLM)制备了碳化钨(WC)颗粒增强IN718复合材料(WC/IN718),对复合材料内部异质界面连接机制、强化机制和断裂行为进行了分析.研究结果表明:随着WC颗粒含量的增加(0wt％～20wt％),试件成形良好,WC颗粒均匀分布在基体内部,异质界面处无缺陷产生,界面处产生了贫碳的W2C层和碳化物层,基体合金主要呈柱状晶生长.由于熔池内部能量密度分布不同,低温位置WC颗粒的断裂方式为先形成界面反应层后由热应力引起断裂,高温位置WC颗粒优先发生断裂,断裂成小尺寸颗粒,后与熔化的基体合金形成界面反应层,弥散分布在基体内部.随着WC颗粒含量的增加,复合材料的强度呈现升高的趋势,而断裂韧性降低,抗拉强度最高可达1280 MPa,强化机制主要为载荷传递强化,断裂机制为WC颗粒的脆性断裂和基体合金的韧性断裂.