冷噴摩擦復(fù)合增材制造6061鋁合金疲勞行為研究

冷噴摩擦復(fù)合增材制造6061鋁合金疲勞行為研究

摘要：冷噴摩擦復(fù)合增材制造（ColdSprayFrictionCompoundAdditiveManufacturing，CSFCAAM）是一種新興的制造技術(shù)，具有高效、低廢料和環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。本研究以6061鋁合金為研究對象，通過冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)制備了研究試件，并對其疲勞行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的6061鋁合金具有較好的疲勞性能，其疲勞壽命與傳統(tǒng)制備方法相當(dāng)甚至更好。同時(shí)，通過掃描電子顯微鏡觀察到研究試件表面的疲勞斷裂面形貌，發(fā)現(xiàn)冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的試件疲勞斷裂面呈現(xiàn)典型的韌窩疲勞斷裂模式，具有較好的韌性。

關(guān)鍵詞：冷噴摩擦復(fù)合增材制造、6061鋁合金、疲勞行為、疲勞壽命、韌窩疲勞斷裂模式

一、引言

冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)是一種以金屬粉末為原料，通過冷噴噴嘴高速氣流將粉末噴射到基體上，然后通過摩擦力和沖擊能將粉末與基體結(jié)合形成復(fù)合材料的技術(shù)。相比傳統(tǒng)的熱噴涂和焊接方法，冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)具有更好的加工效率、能耗低、粉末利用率高等優(yōu)勢，被廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造、能源裝備等領(lǐng)域。

6061鋁合金是一種常見的鋁合金材料，具有良好的可加工性和高強(qiáng)度。然而，由于其晶界和粒界存在勢壘等缺陷，易于發(fā)生疲勞斷裂現(xiàn)象，限制了其應(yīng)用范圍。因此，研究冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的6061鋁合金的疲勞行為，對于進(jìn)一步提高這種新興制造技術(shù)在鋁合金制備中的應(yīng)用具有重要意義。

二、實(shí)驗(yàn)方法

1.實(shí)驗(yàn)材料：本研究選取了純度為99.7%的6061鋁合金粉末作為研究材料，其粒徑范圍為15-45μm。

2.試件制備：采用冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)，將6061鋁合金粉末通過氣流噴射到基體上，噴涂層的厚度為3mm。

3.疲勞試驗(yàn)：采用旋轉(zhuǎn)疲勞試驗(yàn)機(jī)對制備的試件進(jìn)行疲勞壽命測試，疲勞載荷幅值范圍為100-300MPa，頻率為40Hz。

三、結(jié)果與討論

通過疲勞試驗(yàn)得到了冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的6061鋁合金的疲勞壽命數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)與傳統(tǒng)方法制備的6061鋁合金進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)兩者的疲勞壽命相當(dāng)甚至冷噴摩擦復(fù)合增材制造試件的疲勞壽命略好于傳統(tǒng)試件。這是由于冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)制備的試件具有更高的致密度和較低的殘余應(yīng)力，減少了試件的內(nèi)部缺陷和裂紋擴(kuò)展的可能性，提高了其疲勞壽命。

通過掃描電子顯微鏡觀察研究試件表面的疲勞斷裂面形貌，發(fā)現(xiàn)冷噴摩擦復(fù)合增材制造試件的疲勞斷裂面呈現(xiàn)典型的韌窩疲勞斷裂模式。韌窩疲勞斷裂模式是指在材料的循環(huán)應(yīng)力作用下，由于應(yīng)力集中導(dǎo)致微裂紋的形成，然后經(jīng)過韌窩擴(kuò)展和共聚致使試件最終疲勞斷裂的一種模式。這種疲勞斷裂模式表明，冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的6061鋁合金具有較好的韌性，適用于承受疲勞載荷的應(yīng)用場景。

四、結(jié)論

本研究通過冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)制備了6061鋁合金試件，并對其疲勞行為進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，冷噴摩擦復(fù)合增材制造制備的6061鋁合金具有較好的疲勞性能，與傳統(tǒng)制備方法相當(dāng)甚至更好。同時(shí)，通過掃描電子顯微鏡觀察到試件疲勞斷裂面呈現(xiàn)典型的韌窩疲勞斷裂模式，表明其具有較好的韌性。這些研究結(jié)果對于進(jìn)一步推動冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)在6061鋁合金制備中的應(yīng)用具有重要意義。然而，還需要進(jìn)一步研究冷噴摩擦復(fù)合增材制造對6061鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響，以更好地了解其疲勞行為的機(jī)制綜上所述，通過冷噴摩擦復(fù)合增材制造技術(shù)制備的6061鋁合金試件具有較高的致密度和較低的殘余應(yīng)力，從而減少了試件的內(nèi)部缺陷和裂紋擴(kuò)展的可能性，提高了其疲勞壽命。通過觀察試件表面的疲勞斷裂面形貌，發(fā)現(xiàn)冷噴摩擦復(fù)合增材制造試件的疲勞斷裂呈現(xiàn)典型的韌窩疲勞斷裂模式，表明制備的6061鋁合金