还进行了多层实验（即大块样品的EBM）以验证模拟结果 ， 其中工艺参数与情况3相同 ， 阴影距离为100μm 。 从图11a中大块样品的顶面图像来看 ， W颗粒团聚仍然发生在顶面 ， 同一层中的轨迹重叠不能消除颗粒团 ， 这与图10中的模拟结果一致 。 然而 ， 图11b中的横截面图像显示 ， W颗粒在大块样品内部几乎均匀分布 ， 没有额外的缺陷 ， 如孔隙或裂纹 ， 这表明分层沉积方案在消除颗粒团聚方面具有天然优势 。 多层实验结果表明 ， 即使熔体润湿性不好 ， AM技术也有可能克服增强颗粒含量与其在基体中均匀分布之间的矛盾 。
图11 钨铜复合材料的多层实验结果 。 （a）在案例3中 ， 具有工艺参数的多层实验结果的横截面图像（平行于建筑方向）和（b）顶面图像 。
4、结论
在本研究中 ， 我们研究了颗粒增强金属基复合材料AM过程中增强颗粒的分散 。 通过开发完全耦合的解析CFD-DEM模型 ， 明确再现了熔池和增强固体颗粒之间的多相相互作用 ， 揭示了潜在的物理机制 ， 与EBM实验结果吻合良好 。 主要结论如下：
(1)在电子束熔化过程中 ， 界面力是增强固体颗粒动力学中的主导力 。 润湿效应驱使固体颗粒进入熔池 ， 而弯曲力阻碍固体颗粒浸入 。 另一方面 ， 由于增强固体颗粒的“蓄热器”效应 ， 熔池尺寸减小 ， 这增加了基体中可能的无熔合缺陷 。 此外 ， 由于固体颗粒的障碍效应 ， 熔池的流场偏离了单材料AM过程中典型的Marangoni流 。
(2)液态铜在固体W上的润湿性差 ， 在熔池与W颗粒的界面处产生“能障” ， 导致W颗粒在单轨/多轨表面团聚 。 然而 ， 表面W团聚可以通过适当的层厚度的后续层沉积来消除 。 此外 ， AM工艺的快速凝固特性易于吞没金属基体晶粒内的增强颗粒 ， 从而促进致密大块样品中的均匀颗粒分布 。 粉末金属AM独特的制备策略在克服增强颗粒含量与其在基体中均匀分布之间的矛盾方面显示出诱人的潜力 。
来源：Dispersion of reinforcing micro-particles in the powder bed fusion additive manufacturing of metal matrix composites Acta Materialia doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118086
【增强微粒在金属基复合材料粉末床熔合增材制造中的分散】参考文献：An Introduction to Metal Matrix Composites Cambridge University Press (1995); Wear and corrosion resistance of laser clad Ni2Si/NiSi composite coatings Surf. Coat. Technol. 168 (2–3) (2003) pp. 202-208
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