华南理工实现双相增强金属基复合材料增材制造

近日，来自华南理工大学、广东省科学院等单位的研究人员通过加入SiC颗粒诱导C300马氏体时效钢（MS）原位析出相的形成，制备出SiC和原位析出相双相增强的MS基复合材料。相关论文以Duplex strengthening via SiC addition and insitu precipitation in additively manufactured composite materials为题发表在Composites Part B: Engineering上。

颗粒增强金属基复合材料（MMCs）具有高的强度、硬度和耐磨性，同时保持良好的韧性、高温蠕变性能和疲劳强度。激光粉末床熔融(LPBF)是一种新型的制备MMCs的增材制造方法，独特的逐层工艺方式突出了直接从粉末加工复杂和近净形部件的优势，为简化制备MMCs的工艺路线和交货时间提供了巨大潜力。通过LPBF制备MMCs具有晶粒细化及激光吸收率高的特点，使所制备的复合材料有极佳的力学性能。

研究通过LPBF制备了体积分数分别为3%、6%、9%、12%、15%和18% SiC颗粒增强MS基复合材料。对MS–SiC复合材料的致密度进行了表征。在体积分数低于12%时，复合材料内部仅存在少量气孔，且孔隙度随SiC颗粒的加入变化不大。当SiC体积分数达到15%和18%时，出现了一些裂纹和未熔合等缺陷。

进 一 步 对C300–MS和MS–3%SiC复合材料进行TEM表征分析表明，原始态MS钢内部基本无析出相，而MS-3%SiC复合材料内部发现有大量纳米析出相的产生，表明SiC的加入诱导了MS内部原位析出相的形成。

力学性能测试表明MS-3%SiC复合材料的抗拉强度（1611MPa）远高于MS钢的抗拉强度（1165MPa），同时保持了10.1%的延伸率，是一种力学性能优异的复合材料。

下图为MS钢和MS-3%SiC复合材料的TEM组织。