激光选区熔化制备Cu-Co-Sn合金及其CBN复合材料的摩擦磨损性能研究

本推荐聚焦于采用选择性激光熔化（SLM）技术制备Cu-Co-Sn合金及Cu-Co-Sn/CBN复合材料的最新研究。研究表明，优化工艺参数（如P=300 W，v=700-900 mm/s）可显著提升材料致密度、细化晶粒，并通过引入Co和CBN（立方氮化硼）增强基体强度与耐磨性。该工作为开发高性能金属基超硬磨具（如超硬磨削工具）提供了新思路，在机械加工领域具有重要应用前景。

　　

Highlight

Cu-Co-Sn合金的SLM成形及其致密化行为

如图3(a)所示，采用表2所列参数制备了一系列成形良好的样品，样品上的编号与表2中的序号相对应。已知Cu₈₀Co₁₀Sn₁₀材料的理论密度为8.75 g/cm3。因此，采用阿基米德排水法进一步测定了样品的相对密度。

图3(b)表明，所有参数组合下制备的样品相对密度均超过96%。当激光功率（P）为300 W，扫描速度（v）为700 mm/s时，样品获得了最高的相对密度，达到98.7%。这表明在该参数下，SLM工艺实现了良好的熔融和凝固效果，有效减少了孔隙等缺陷。随着扫描速度的增加，能量输入降低，可能导致熔池不稳定，从而引起相对密度的轻微下降。然而，当扫描速度达到900 mm/s时，由于热积累效应减弱，凝固过程更为平稳，相对密度又有所回升。微观结构观察显示，在最优参数（P=300 W, v=700 mm/s）下，合金组织均匀，Co元素的添加有效细化了晶粒尺寸。

结论

本研究成功采用选择性激光熔化（SLM）技术制备了Cu-Co-Sn合金样品和Cu-Co-Sn/CBN复合材料。系统研究了工艺参数对样品密度、成形性能、微观结构、力学性能和耐磨性能的影响。主要结论如下：

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  (1). 对于Cu-Co-Sn合金，在激光功率P = 300 W和扫描速度v = 700 mm/s的参数下制备的样品表现出高密度、优异的成形质量和卓越的力学性能。
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  (2). Co元素的加入显著细化了Cu-Sn合金的晶粒结构。
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  (3). 对于Cu-Co-Sn/CBN复合材料，在P = 300 W和v = 900 mm/s参数下成形的样品具有最佳的成形质量和力学性能。
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  (4). 微观分析表明，CBN的引入进一步细化了Cu-Co-Sn合金的晶粒，增加了位错密度，提高了小角度晶界的比例，并促进了抗变形晶向的形成。
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  (5). 摩擦磨损测试表明，与基体合金相比，Cu-Co-Sn/CBN复合材料的摩擦学性能显著改善，磨痕宽度从1.06 mm减小到0.83 mm。这项研究为未来开发和制造Cu-Co-Sn基超硬磨具奠定了基础。