西交卢秉恒院士顶刊丨新型高性能钛纤维增强铝合金增材制造，性能大幅提升！

           

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图1 (a) 电弧双丝纤维增强添加工艺原理的示意图; (b) 电弧双丝纤维增强添加装置的实物图; (c) 焊枪振动模式的示意图; (d) TFRA组件中Al5183和Ti64纤维的X射线测试结果

图2 TFRA取样的示意图 (a) TFRA沉积体; (b) 冲击样本; (c) 金相样本; (d) 拉伸样本; (e) 密度测试样本

图3 有限元模型和边界条件

图5 线材上、中、下位置界面的SEM和EDS图 (a)、(d) 和 (g) 分别为线材上、右、下侧与铝合金基板的界面，没有任何裂纹或未熔化的缺陷。图5(b)、(e) 和 (h) 分别是上、中、下区域的局部放大细节；图5(c)、(f) 和 (i) 是各区域元素组成的线扫描

图6 原始Ti64、制造中的Al5183铝合金和TFRA的IPF图像；(a) 原始Ti64线；(b) Al5183铝合金沉积；(c) TFRA沉积的上部分（区域I + 部分区域II）；(d) TFRA沉积的下部分（区域II）；(e) TFRA沉积上部分区域I的部分界面区域；(f) TFRA下部分区域II的部分界面区域

图7 铝合金上部和下部的极坐标图（a）铝合金上部（b）铝合金下部

图8 Ti64合金的极坐标图 (a) 原始线材；(b) 钛合金线的区域I；(c) 钛合金线的区域II

图9 (a) Ti64、Al5183沉积和线材添加TFRA的拉伸（应力-应变）曲线；(b) 5系列铝合金弧焊或线材添加材料的拉伸性能

图10 (a) Al5183和TFRA的摆锤冲击结果图；(b) TFRA在冲击过程中的示意图

图11 (a) TFRA拉伸样品的断口形貌；(b) 铝合金基体的断口形貌；(c) 钛合金线材料的边缘过渡区域；(d) 钛合金线材纤维区-辐射区的形貌；(e) 钛合金线材的纤维区形貌；(f) 钛合金线材的辐射区形貌

图12 TFRA样品冲击试验结果的形貌 (a) 冲击样品的断口形貌；(b) 断裂的线材的断口形貌；(c) 相应的组分扫描分布；(d) Ti分布；(e) Al分布；(f) V分布；(g) Mg分布

图13 由拉伸试验获得的工程应力-应变曲线

在这项研究中，采用基于CMT的DED-arc成功制备了钛合金纤维增强铝合金（TFRA），并且这些组件的强度和冲击韧性得到了显著提高。根据这项研究的结果，可以得出以下结论：

4) 与未增强组件相比，TFRA组件的冲击能量大幅提高（128%）。这是因为钛纤维阻挡了铝基体的裂纹传播，在冲击过程中吸收了大量的冲击能量。