01 Defi kontanporen: Akòz dansite ki ba yo, gwo fòs espesifik, ak ekselan rezistans korozyon, alyaj aliminyòm yo te vin materyèl estriktirèl endispansab nan sektè ayewospasyal, otomobil ak ekipman enèji. Sepandan, ak demann k ap monte nan endistri modèn pou jeyometri konplèks ak konpozan ki lejè-pèfòmans ki lejè, metòd tradisyonèl Distribisyon ak machinn fè fas ak limit fondamantal lè yo fabrike pati ki gen chanèl entèn konplike, estrikti lasi, ak karakteristik mens-. Teknoloji fabrikasyon aditif-espesyalman Lazè Powder Bed Fusion (LPBF) ak Lazè Dirije Enèji Depozisyon (LDED)-ofri chemen revolisyonè pou simonte kou boutèy fabrikasyon sa yo. Teknoloji LPBF konstwi konpozan konplèks ak dansite ki depase 99.5% nan fonn selektivman kouch poud pre-depoze lè l sèvi avèk yon gwo-rayon lazè enèji, bati estrikti a kouch pa kouch. Avèk pousantaj refwadisman tipik ki rive nan lòd 10⁶ K/s, pwosesis sa a pèmèt fòmasyon solisyon solid supersature ak mikwostrikti ultrafin -ki ale pi lwen pase eta solidifikasyon ekilib la. Okontrè, teknoloji LDED-ki itilize similtane manje poud ansanm ak fonn lazè-demontre avantaj inik nan reparasyon pati ki domaje, fabwikasyon gwo-konpozan estriktirèl, ak pwodiksyon materyèl gradye fonksyonèl. Men, alyaj aliminyòm rankontre yon seri defi fizik-metallurgik nannan pandan pwosesis fabrikasyon aditif lazè a. Alyaj aliminyòm yo montre yon refleksyon plis pase 90% nan direksyon lazè enfrawouj tou pre -(ak yon longèdonn 1070 nm) nan tanperati chanm; sa lakòz efikasite kouple enèji ki ba anpil, sa ki nesesè pou itilize lazè ki gen gwo -pouvwa-pou etabli yon pisin ki estab. Anplis de sa, yon fim oksid dans (Al₂O₃) fòme fasilman sou sifas alyaj aliminyòm. Avèk yon pwen k ap fonn 2072 degre -siyifikativman pi wo pase sa ki nan matris aliminyòm (660 degre)-fragman fim oksid sa a souvan pa fonn nèt nan pisin fonn lan, souvan sèvi kòm sit nikleyasyon pou fant ak sous mank{32}}fizyon{32}}defo. Sa ki pi kritik, solubilite nan idwojèn nan aliminyòm likid (apeprè 0.7 cm³ / 100g) se larjeman pi wo pase sa yo ki nan aliminyòm solid (apeprè 0.04 cm³ / 100g). Pandan pwosesis solidifikasyon rapid la, atòm idwojèn supersature yo manke ase tan pou difize deyò; Olye de sa, yo akimile nan devan koòdone solid-likid la pou fòme nwayo ti wonn gaz, finalman kite dèyè porositë metaliji ki sòti nan kèk mikron jiska dè dizèn de mikron an dyamèt nan mikwostrikti solidifye a. Pandan se tan, ranje tanperati solidifikasyon lajè nan alyaj aliminyòm (egzanp, depase 150 degre pou Al7075) ak kontraksyon solidifikasyon enpòtan yo (apeprè 6%) fè yo trè sansib a porosite solidifikasyon ak fann cho yon fwa chanèl yo manje nan ke pisin lan fonn fèmen. Sa a konstitye defi prensipal la fè fas a gwo -fòs 2xxx ak 7xxx alyaj aliminyòm seri pandan pwosesis LPBF la. Anplis de sa, karakteristik ekstrèm siklis tèmik nan fabrikasyon aditif lazè-ki kote tanperati pisin fonn lokalize depase 2000 degre pandan y ap poud ki antoure ak substra a rete ant tanperati chanm ak 200 degre, sa ki lakòz gradyan tanperati ki rive jiska 10⁶ K/m{- jenere yon konplèks estrès nan eleman fabrike yo; si yo pa kontwole, sa ka mennen nan deformation, deformation, e menm fann entè-kouch.
02 Konpozisyon konsepsyon: Nan nivo konsepsyon konpozisyon, sistèm alyaj aliminyòm yo tradisyonèlman anplwaye nan Distribisyon ak Forge yo souvan inoporten pou fabrikasyon aditif. Lè w ap pran alyaj AlSi10Mg la kòm yon egzanp: pandan y ap konpozisyon tou pre -eutektik li yo bay li ak ekselan likidite pandan depoze, anba kondisyon yo solidifikasyon rapid nan LPBF, rezo a koryas nan faz eutektik Silisyòm paradoksal vin tounen yon sous konsantrasyon estrès. Anplis de sa, fòs rupture alyaj la nan 300 degre degrengole nan apeprè 10% nan -fòs tanperati chanm li yo- yon fenomèn atribiye a rapid grosye ak disolisyon nan mikwostrikti eutektik la nan tanperati ki wo. Kontinwe, devlopman nan sistèm alyaj espesyalize aliminyòm pwepare a karakteristik inik nan fabrikasyon aditif te parèt kòm yon otspo rechèch kle nan jaden sa a.
Rechèch ki fèt pa Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences, revele ke lè yo ajoute kantite tras nan Sc (0.2-0.4 wt%) ak Zr (0.1-0.3 wt%) nan alyaj ki baze sou Al-Mg{-, nanochèl Al₃(Sc,Zr) ak yon lòd prensipal ki genyen yon lòd prensipal. estrikti -ka fòme *in situ* pandan pwosesis solidifikasyon rapid Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Faz sa a montre yon dezakò trè ba lasi (apeprè 1.3%) ak matris -Al, kidonk sèvi kòm yon sit nikleyasyon etewojèn trè efikas ki rafine gwosè grenn nan soti nan plizyè dizèn mikromèt jiska nivo sub-mikwomèt la. Etid la fè remake ke SLM-fabrike Al{-Mg{-Mn{-Sc{-Zr alyaj la prezante yon estrikti grenn bimodal karakteristik: bor yo nan pisin fonn nan prezante yon zòn grenn amann ekaks ak yon gwosè mwayèn nan apeprè 1.04 μm, pandan y ap yon sant grenn kolòn konpoze de yon sant pisin fonn. zòn-ap grandi nan direksyon konstriksyon-ak yon gwosè mwayèn grenn apeprè 2.11 μm. Estrikti grenn etewojèn sa a soti nan varyasyon espasyal nan gradyan tanperati ak dansite nikleyasyon nan pisin fonn lan; spesyalman, bor pisin yo fonn yo karakterize pa gradyan tanperati apik ak yon anrichisman nan faz prensipal Al₃(Sc,Zr), ki ankouraje nikleyasyon etewojèn, tandiske sant la pisin fonn montre yon gradyan tanperati trè direksyon ki fasilite kwasans epitaxial nan kristal sou direksyon an nan chalè maksimòm dissipation. Miyò, pandan Sc se yon eleman ki koute chè (pri apeprè $ 3,000 / kg), Zr se relativman chè (apeprè $ 30 / kg); adisyon konbine de eleman sa yo kreye yon nwayo-estrikti koki-ki gen yon nwayo Al₃Sc ak yon koki Al₃Zr-ki non sèlman siyifikativman amelyore estabilite tèmik nan faz ranfòse yo, men tou efektivman redwi pri a an jeneral nan alyaj la. Pandan se tan, yon ekip ki soti nan Shanghai Jiao Tong University te pwopoze yon estrateji konsepsyon altènatif inovatè santre sou yon "deformable-transformable eutektic nanoscaffold." Chwazi sistèm nan tou pre-etektik Al{-Er (12.7 wt% Er) kòm alyaj modèl yo, ekip la te ogmante kapasite nan Er pou fòme yon faz Al₃Er ak yon estrikti L1₂ an konjonksyon avèk Al; faz sa a montre yon dezakò nan lasi sèlman 3.96% parapò ak -Al matris la epi li karakterize pa yon abondans sistèm glise ak yon gwo kapasite pou marasa. Pandan pwosesis enprime LPBF la, Al₃Er presipite nan fòm yon eskèlèt nanokal ki genyen twa dimansyon kontinyèl, ki konstitye apeprè 10.3 vol%. Kilè eskèlèt sa a pa sèlman kapab sipòte gwo estrès ki depase 1300 MPa, men tou li fasilite akomodasyon plastik pandan deformation atravè fòmasyon marasa deformation ak 9R long-pèyòd anpile-estrikti òdone-konsa fondamantalman ranvèse nosyon tradisyonèl ki nan eskèlèt eutektik yo brize. Alyaj Al{-Er{-Mg (RAE700) ki enprime kòm -enprime a (RAE700) montre yon fòs sede 632 MPa, ki ogmante plis a 707 MPa apre tretman dirèk aje, pandan y ap kenbe yon elongasyon 7-10%; pwopriyete konplè sa yo depase tout sa yo te rapòte deja 3D-alyaj aliminyòm enprime. Anplis de sa, yon ekip rechèch nan Inivèsite Nagoya devlope yon seri alyaj Al{-Fe{-Mn{-Ti ki baze sou yon estrateji "kontwòl patisyon elemantè". Lè yo ajoute Cu ak Mn, yo avèk siksè estabilize faz Al₆Fe a-transfòme li nan yon faz ranfòsman benefik-pandan y ap entwodui Ti, ki patisyon nan faz solid la pou pwovoke rafineman grenn (apeprè 2.3 μm). Kontinwe, alyaj la reyalize yon tanperati chanm -fòs rupture nan 390 MPa ak yon duktilite nan 14-17%; siyifikativman, pwopriyete mekanik li yo rete nòmalman chanje menm apre ekspoze tèmik nan 300 degre pou 100 èdtan.
03 Kontwòl Pwosesis: Relasyon quantitative ant paramèt pwosesis ak dinamik pisin fonn se kle pou elisid mekanis ki gouvène fòmasyon mikrostruktur nan fabrikasyon aditif lazè nan alyaj aliminyòm. Konpòtman dinamik likid ki nan pisin fonn lan yo kondwi kolektivman pa konveksyon Marangoni, presyon rkul, flotan, ak fòs tèrmokapilè. Pami sa yo, fòs taye Marangoni-ki soti nan gradyan tansyon sifas ki te pwovoke pa gradyan tanperati atravè sifas pisin fonn lan-konstitye fòs dominan ki kondwi koule metal fonn soti nan sant pisin lan nan direksyon periferik li. Okontrè, presyon rkul-ki te pwodwi pa ekspilsyon wòdpòte nan vapè metal ki nan twou kle a-egzèse yon fòs konpresiv ki pouse metal la fonn nan direksyon anba ak flan twou kle a. Etid yo endike ke dansite enèji volumetrik (VED) sèvi kòm metrik kritik pou detèmine tranzisyon mòd pisin fonn: lè VED a depase apeprè 60 J/mm³, presyon evaporasyon rkul la vin ase pou jenere yon twou nan pisin fizyon an ak yon rapò aspè ki pi gran pase 1, kidonk kòmanse "mòd keyhole"; okontrè, pwosesis la opere nan "mòd nan kondiksyon." Malgre ke mòd keyhole la fasilite reyalizasyon gwo dansite materyèl, osilasyon enstab nan keyhole -espesyalman, efondreman peryodik miray devan li yo-konstitye mekanis prensipal pou fòmasyon porosite keyhole (porositë anjeneral 50-200 μm an dyamèt). Porositë sa yo karakterize pa gwo gwosè yo ak mòfoloji iregilye yo, sa ki lakòz yon pi gwo detriman nan pèfòmans fatig pase amann-porositë metaliji yo. Rechèch ki fèt nan Northwestern Polytechnical University te demontre ke adisyon nan yon kantite tras (0.15 wt%) nan yon rafine grenn Al-Nb{-B nan alyaj AlSi10Mg ka siyifikativman modile kolòn-a-tranzisyon ekiaxe (CET). Aji kòm sit nikleyasyon etewojèn, patikil NbB₂ ak Al₃Nb ki kapab lakòz yo ogmante fraksyon volim grenn ekaks soti nan mwens pase 20% a plis pase 80%; an menm tan, entèvansyon sa a diminye rapò anisotropi plastik (ki defini kòm rapò a nan elongasyon longitudinal ak transverse) soti nan 3.5 a 1.2, kidonk reyalize yon eta nan izotropi prèske konplè. Karakteristik evolisyonè domaj porosite yo montre varyasyon diferan atravè diferan sistèm alyaj aliminyòm: nan alyaj seri Al-Cu, gwo ranje solidifikasyon an rezilta nan ogmante rezistans koule nan zòn mouye a, ki rann manje efikas (koule fonn konpansatwa) pi difisil; kidonk, fraksyon nan volim nan porositë métallurgique nan alyaj sa yo ka rive nan 1-2%. Kontrèman, alyaj Al-Si seri- akòz seri solidifikasyon etwat ki asosye ak konpozisyon eutektik yo-pèmèt pou nivo porosite yo byen kontwole pi ba pase 0.1%. Fòmasyon teksti kristal la byen lye ak kouch-pa-konpòtman solidifikasyon kouch la; lè yo itilize yon estrateji optik inidireksyon 0 degre, a<001>teksti devlope nan direksyon bati a, sa ki lakòz yon diferans 10-20% ant fòs yo sede nan direksyon longitudinal (direksyon bati) ak transverse. Kontrèman, adopte yon estrateji optik wotasyon 67 degre ka diminye entansite teksti nan yon nivo oryantasyon o aza, kidonk esansyèlman elimine anisotropi nan pwopriyete mekanik. Konsènan pèfòmans sèvis tanperati ki wo -, alyaj aliminyòm fabrike aditif montre potansyèl inik pou ranfòse ansanm ak defi espesifik konsènan degradasyon pwopriyete. Yon atik revizyon pa Central South University kategorize mekanis ranfòsman tanperati wo -alyaj aliminyòm ki reziste chalè-fabrike aditifman an nan twa chemen debaz yo. Premyèman, efè sinèrji milti-konpozan an konstwi yon achitekti milti-kouch, ki estab tèmik lè li enkòpore eleman ki gen diferan pousantaj difizyon. Pa egzanp, nan alyaj Al-Ce-Sc{-Zr, faz eutektik Al₁₁Ce₃ ki dans ak inifòm, konbine avèk L1₂-Al₃(Sc,Zr) intragranulaire presipite, kreye yon efè doub {18}; sa a pèmèt alyaj la kenbe yon fòs rupture nan 233 MPa nan 300 degre ak 142 MPa nan 400 degre, san yo pa obsève gwo kous grenn siyifikatif menm apre ekspoze tèmik pwolonje nan 400 degre pou 96 èdtan. Dezyèmman, ranfòsman entèmetalik depann sou chwazi konpoze entèmetal ak koyefisyan difizyon ki ba ak gwo pwen k ap fonn pou fòme yon estrikti skelèt rijid nan tanperati ki wo. Konstant gwo vitès faz Al₁₁Ce₃ nan 400 degre se jis 1.6 nm³/s-siyifikativman pi ba pase faz Al₂Cu nan tradisyonèl alyaj Al{-Cu nan menm tanperati a (apeprè 100 nm³/s); estabilite siperyè segondè -tanperati sa a pèmèt ansyen an kontinye aji kòm yon baryè efikas nan mouvman debwatman. Twazyèmman, echèl atomik -règleman anpeche grosisman lè li entwodwi eleman segregasyon nan koòdone ant faz ranfòse ak matris la. Etid yo te demontre ke eleman tankou Sc, Zr, Si, ak Mn-ki separe nan koòdone θ′-Al₂Cu/-Al{- kapab bese enèji entèfas ak anpeche difizyon atomik, kidonk pwolonje ranje tanperati sèvis la ant 2xxx-alyaj ki soti nan 2xxx{41}}050 degre nan seri tradisyonèl yo. degre ak 300 degre. Yon etid ki te pibliye nan *Nature Communications*-ki te dirije pa Akademisyen Lu Jian nan City University of Hong Kong an kolaborasyon ak plizyè enstitisyon-te fè yon etap enpòtan pi devan lè li itilize eleman enpurte komen yo te jwenn nan alyaj aliminyòm (Si, Fe, Mn, ak Ni) pou devlope yon chalè -rezistan. Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn{-1.12Ni alyaj ki pa gen ni metal presye ni eleman latè ra. Anba kondisyon solidifikasyon rapid, alyaj sa a sibi segregasyon ki pa-ekilib, ki entegre nanoprecipitates entèmetal ki rezistan chalè{-multi-konpozan-ki okipe yon fraksyon volim ki rive jiska 14%-nan limit selil solidifikasyon yo, kidonk fòme yon mikwostrikti selilè ki estab. San yo pa bezwen okenn post-pwosesis, alyaj la montre yon tanperati chanm-fòs rupture 582 MPa, ak fòs 263 MPa ak 114 MPa nan 300 degre ak 400 degre, respektivman. Anplis de sa, etid la revele-pou premye fwa nan alyaj aliminyòm-yon mekanis ranfòsman kondwi pa amorfizasyon eta solid-: pandan deformation nan tanperati ki wo-, yon pati nan nanoprecipitates entèmetal yo sibi yon transfòmasyon amorphe nan eta solid (afen yon fòm nan yon òd nan yon pati nan yon òd). ′-(Ni,Fe)₃Al faz)" estrikti nanobifazik ki bay yon wout adisyonèl dissipation enèji pou pwopagasyon krak segondè-tanperati.
