激光功率对原位反应增材制造Nb-16Si二元合金显微组织的影响

摘要

以平均粒径约80μm的纯Nb和纯Si粉末为原料,采用500W、750W、1000W和1500W功率的激光束为热源,通过双通道同轴送粉激光熔化沉积(Laser melting deposition,LMD)技术制备了四种Nb-16Si二元合金。利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、X射线能量色散谱仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)以及X射线衍射仪(X-raydiffraction,XRD)等手段分析了沉积态合金的宏微观组织演变与维氏硬度。结果表明,随LMD激光功率由500W增至1500W,沉积试样表面形貌逐渐趋于光滑,相对密度由91.1%增至98.5%。激光功率对沉积态Nb-16Si合金相组成无明显影响,在高能激光束的作用下,纯Nb粉末与纯Si粉末发生原位反应,直接合成了室温亚稳态的Nb3Si相和NbSS(Niobium solid solution,NbSS)相。激光功率强烈影响Nb-16Si合金的显微组织形貌,随激光功率的增加,合金中先共晶NbSS相由枝晶状逐渐转变为细小等轴状,其平均尺寸由约50μm细化至1μm左右,合金中NbSS+Nb3Si共晶组织形态由细小的层片状共晶,逐渐转变为纳米级的NbSS相弥散分布在Nb3Si基体上的不规则共晶。随激光功率增加,合金的维氏硬度由605HV逐渐增加至898HV。