气–液反应激光原位增材制造TiN增强钛基复合材料组织结构及力学性能研究

本文采用选区激光熔化(SLM)工艺制备了Ti6Al4V合金,并系统研究了激光能量密度(LED)对其致密度、显微硬度、压缩强度和塑性的影响。获得了SLM制备Ti6Al4V合金的最佳LED工艺窗口为84.8–163.6 J/mm_³。在最佳LED窗口内,在不同N₂浓度(3 vol.%、10 vol.%、30 vol.%)工作气氛中,以气–液反应方式SLM制备了TiN为增强相的Ti6Al4V基复合材料。该新工艺制备复合材料的原理为：钛合金高温熔池附近的N₂裂解为N原子/离子,N与熔融状态的Ti原位反应生成均匀分散的TiN增强相,并与熔化–凝固过程中的Ti合金基体复合,最终以SLM逐层成形的方式制备出TiN增强钛基复合材料。本文探究了N₂浓度对钛基复合材料组织结构和力学性能的影响规律。其中,3 vol.%的N₂工作气氛中SLM成形的复合材料的强度和塑性同时得到提升,阐述了其强韧化机理。