【摘 要】
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金属基复合材料（Metal Matrix Composites,MMCs）是以金属或合金为基体,以颗粒、晶须或纤维等第二相作为增强相的复合材料。传统方法难以利用金属基复合材料制备复杂或多孔结构的零件,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）作为金属增材制造技术重要代表,利用激光将预置粉床粉末可控熔化,可实现复杂多孔金属成形。本文针对Fe基非晶及其增强不锈钢复合材料的制
【基金项目】
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国家自然科学基金“激光选区熔化（SLM）3D打印非晶合金及其结构演变与性能调控”（编号:51531003），“多陶瓷相强化Fe基纳米复合材料的激光选区熔化原位合成机理研究”（编号:51505166）；
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金属基复合材料（Metal Matrix Composites,MMCs）是以金属或合金为基体,以颗粒、晶须或纤维等第二相作为增强相的复合材料。传统方法难以利用金属基复合材料制备复杂或多孔结构的零件,激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）作为金属增材制造技术重要代表,利用激光将预置粉床粉末可控熔化,可实现复杂多孔金属成形。本文针对Fe基非晶及其增强不锈钢复合材料的制备与成形中的关键科学问题,从SLM工艺调控和材料改性开展研究,包括非晶态合金的成形及调控、非晶态合金增强复合材料机理及性能影响、增强相改性及结构件制备四个方面的研究内容。理论成果揭示了Fe基非晶成形过程中微裂纹与晶化的演变规律及调控方法,建立了面向SLM工艺特性的Fe基非晶增强不锈钢复合材料的粉末成分设计理论,阐明了Fe基非晶/不锈钢复合材料的力学与耐腐蚀性能的增强机理,提出了复合材料点阵结构的设计方法与SLM制造技术,为后续SLM成形金属基复合材料在轻量化构件方面的应用提供了理论指导。通过不同扫描策略调控应力分布以抑制FeCoCrMoCBY非晶态合金的裂纹,结合模拟分析不同扫描策略下裂纹和等效应力的关系,制备出硬度达到1081.6±51.4HV3的非晶。采用10 wt.%的FeCoCrMoCBY非晶增强不锈钢,使得复合材料的拉伸强度由819 MPa提升至1090 MPa。复合材料的腐蚀电位从0.918VAg/Ag Cl提升至1.013VAg/Ag Cl,钝化区间从0.918VAg/Ag Cl提升至1.185VAg/Ag Cl。同时,点蚀开始时间从488 s增加到1668 s,说明复合材料的耐腐蚀性能大幅提升。由于非晶中Y元素的去氧提纯作用机制,复合材料表面生成Y2O3链,复合材料力学性能和腐蚀性能大幅提升。但由于成形中Y2O3的含量逐渐增加,熔池界面由于Y2O3的流动产生了微裂纹。在此基础上,通过20wt.%的改性FeCoCrMoCB非晶增强不锈钢,复合材料力学性能得到提升,拉伸强度分布在1200-1400MPa之间。利用研发的复合材料制造了三周期极小曲面Diamond点阵结构,压缩性能随着体积分数增加而增加,结构轻量与力学承载具有较高的可设计性,为工程应用提供材料和设计理论基础。
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