レーザークラッディング法で堆積した Ti6Al4V-TiC 複合材料の微細構造と総合的な機械的特性に対する TiC 強化の影響

レーザークラッディング法で堆積した Ti6Al4V-TiC 複合材料の微細構造と総合的な機械的特性に対する TiC 強化の影響
寄稿者: Li Qingyu、Li Dichen

金属マトリックス複合材料 (MMC) は、ポリマーマトリックス複合材料、セラミックマトリックス複合材料、および炭素/炭素複合材料とともに、現代の複合材料システムを構成します。マトリックスとして金属または合金を使用し、強化相として 1 つ以上の金属または非金属を追加して、マトリックス材料自体の固有の特性を大幅に犠牲にすることなく、高い比強度、耐熱性、耐摩耗性など、マトリックス材料に要求される特定の特性の性能を向上させることと定義されます。金属マトリックス複合材料の微細構造と総合的な機械的特性が使用中に大きく変化しないように、添加される強化剤はマトリックス材料と良好な化学的適合性を持つ必要があります。新しい材料製造方法として、レーザークラッディング堆積技術は金属マトリックス複合材の形成において独自の利点を持っています。一方では、マルチチャネル粉末供給装置がマトリックス材料と強化粉末材料を同時に溶融池に投入して、傾斜複合金属マトリックス複合材を製造することができます。他方では、2つの粉末が小さな溶融池で十分な冶金結合を達成し、最終的にミクロ構造とマクロ構造の同時製造を実現します。

パデュー大学機械工学部のLiuら[1]は、Ti6Al4V合金に1%、5%、10%、15%の体積分率のTiCセラミック粉末粒子を添加剤として加え、レーザークラッディング堆積技術を使用して金属ベースの複合材料を調製しました。 Ti6Al4V合金の高い延性と高い耐腐食性とTiCセラミック材料の高強度と高硬度を組み合わせることで、材料の耐摩耗性と総合的な機械的特性が向上しました。実験結果を図1に示します。 TiC 体積分率が増加すると、サンプルの降伏強度は 997MPa から 1310MPa に増加し、引張強度は 1381MPa から 1636MPa に増加します。 TiC の体積分率が 15% の場合でも、Ti6Al4V-TiC 金属マトリックス複合材料の延性は 14.1% に達し、耐摩耗材料分野のエンジニアリング要件を満たします。 Ti6Al4V合金にTiCセラミック粉末をさらに添加すると、TiCの体積分率が40%に達すると、Ti6Al4V-TiC金属マトリックス複合材料のHRC硬度は65に達し、Ti6Al4V合金よりも40%高くなります。


(a)圧縮強度
(b) HRC硬度 図1 Ti6Al4V-TiC金属マトリックス複合材料の総合的な機械的特性 この研究は、レーザークラッディング堆積法による金属マトリックス複合材料の製造の実現可能性を証明しています。さらに、粉末供給速度を制御することで、異なるTiC体積含有量を持つTi6Al4V-TiC傾斜複合材料を製造できるため、金属マトリックス複合材料はエンジニアリングにおけるさまざまな外部環境のニーズに適応できます。

参考文献:
Liu S, Shin Y C. TiC強化材の融点がレーザー直接堆積Ti6Al4V-TiC複合材料の微細構造と機械的特性に与える影響[J]。Materials & Design、2017、136:185-195。

寄稿者: Li Qingyu、Li Dichen 寄稿部署: 機械製造システム工学国家重点研究室

チック、強化、エンハンサー、レーザー、沈着

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