01 Heriau'r Cyfnod - Oherwydd eu dwysedd isel, cryfder penodol uchel, a gwrthiant cyrydiad rhagorol, mae aloion alwminiwm wedi dod yn ddeunyddiau strwythurol anhepgor yn y sectorau offer awyrofod, modurol ac ynni. Fodd bynnag, wrth i alw diwydiant modern am geometregau cymhleth a pherfformiad uchel, cydrannau ysgafn ymchwydd, mae dulliau castio a pheiriannu traddodiadol yn wynebu cyfyngiadau sylfaenol mewn rhannau gweithgynhyrchu sy'n cynnwys sianeli mewnol cymhleth, strwythurau dellt, a nodweddion â waliau tenau. Mae technolegau gweithgynhyrchu ychwanegion-yn benodol Cyfuniad Gwelyau Powdwr Laser (LPBF) a Dyddodiad Ynni a Gyfarwyddir â Laser (LDED)-yn cynnig llwybrau chwyldroadol i oresgyn y tagfeydd gweithgynhyrchu hyn. Mae technoleg LPBF yn defnyddio pelydr laser ynni uchel i doddi haenau powdr a adneuwyd ymlaen llaw yn ddetholus, gan adeiladu cydrannau cymhleth gyda dwyseddau sy'n fwy na 99.5% fesul haen; gyda chyfraddau oeri nodweddiadol yn cyrraedd tua 10⁶ K/s, gall gynhyrchu hydoddiannau solet gor-dirlawn a microstrwythurau graen ultrafine ymhell o gyflyrau solidiad ecwilibriwm. Yn y cyfamser, mae technoleg LDED, sy'n defnyddio bwydo powdr cydamserol a thoddi laser, yn dangos manteision unigryw wrth atgyweirio rhannau sydd wedi'u difrodi a gweithgynhyrchu cydrannau strwythurol ar raddfa fawr yn ogystal â deunyddiau wedi'u graddio'n gyfansoddiadol. Serch hynny, mae aloion alwminiwm yn wynebu cyfres o heriau metelegol ffisegol cynhenid yn ystod gweithgynhyrchu ychwanegion laser. Ar dymheredd ystafell, mae aloion alwminiwm yn arddangos adlewyrchedd o fwy na 90% ar gyfer laserau isgoch bron (tonfedd: 1070 nm), gan arwain at effeithlonrwydd cyplu ynni hynod o isel ac sy'n golygu bod angen laserau dwysedd pŵer uchel i sefydlu pwll toddi sefydlog. Mae arwynebau aloi alwminiwm yn ffurfio ffilm ocsid trwchus (Al₂O₃) yn rhwydd gyda phwynt toddi o 2072 gradd -yn sylweddol uwch na phwynt toddi 660 gradd y matrics alwminiwm; mae darnau o'r ffilm ocsid hwn yn aml yn methu â thoddi'n gyfan gwbl o fewn y pwll tawdd, gan wasanaethu'n aml fel safleoedd cychwyn ar gyfer craciau a diffyg-diffygion ymasiad. Yn bwysicach fyth, mae hydoddedd hydrogen mewn alwminiwm hylifol (tua. 0.7 cm³/100g) yn llawer uwch nag mewn alwminiwm solet (tua. 0.04 cm³/100g); yn ystod solidiad cyflym, ni all atomau hydrogen goruwchlawn wasgaru mewn amser ac yn hytrach yn cronni ar y rhyngwyneb hylif solet i ffurfio niwclysau swigen, gan adael yn y pen draw mandyllau metelegol yn amrywio o ychydig i sawl degau o ficromedrau mewn diamedr o fewn y microstrwythur solidedig. Yn y cyfamser, mae'r ystod tymheredd solidification eang (ee, yn fwy na 150 gradd ar gyfer Al7075) a chrebachu solidification sylweddol (tua 6%) o aloion alwminiwm yn eu gwneud yn agored iawn i fandylledd crebachu solidification a chracio poeth unwaith y bydd y sianeli bwydo'n cau yn ystod camau olaf solidification pwll toddi; mae'r materion hyn yn cynrychioli heriau craidd ym mhrosesau LPBF aloion alwminiwm cyfres 2xxx a 7xxx cryfder uchel. Mae'r nodweddion seiclo thermol eithafol sy'n gynhenid i weithgynhyrchu ychwanegion laser{-yn ymwneud â thymheredd pyllau toddi lleol sy'n fwy na 2000 gradd ochr yn ochr â thymheredd powdr a swbstrad amgylchynol yn amrywio o dymheredd ystafell i 200 gradd, gan arwain at raddiannau tymheredd mor uchel â 10⁶ K/m{-yn cynhyrchu meysydd straen thermol cymhleth o fewn y gydran; os cânt eu gadael heb eu rheoli, gall y straen hwn arwain at warping, anffurfio, neu hyd yn oed gracio rhwng haenau.
02 Dylunio Cyfansoddi - Ar lefel dylunio cyfansoddiad, mae systemau aloi a ddefnyddir yn draddodiadol ar gyfer castio a ffugio yn aml yn anaddas ar gyfer gweithgynhyrchu ychwanegion. Gan gymryd yr aloi AlSi10Mg fel enghraifft, mae ei gyfansoddiad ewtectig agos yn rhoi hylifedd rhagorol yn ystod castio; fodd bynnag, o dan amodau solidification cyflym LPBF, mae'r rhwydwaith cam silicon ewtectig bras yn gweithredu fel ffynhonnell crynodiad straen. Ymhellach, mae cryfder tynnol yr aloi ar 300 gradd yn plymio i tua 10% o'i ystafell-cryfder tymheredd-ffenomen a briodolir i frashau a diddymiad cyflym y microstrwythur ewtectig ar dymheredd uchel. O ganlyniad, mae datblygu systemau cyfansoddiad aloi alwminiwm arbenigol wedi'u teilwra i nodweddion gweithgynhyrchu ychwanegion wedi dod yn ffocws ymchwil allweddol yn y maes.
Mae ymchwil gan Sefydliad Technoleg Gwyrdd a Deallus Chongqing, Academi Gwyddorau Tsieineaidd, yn datgelu bod ychwanegu symiau hybrin o Sc (0.2–0.4 wt%) a Zr (0.1–0.3 wt%) at aloion Al-Mg yn galluogi ffurfio *in situ* o gamau Al₃(Sc,Zr) cynradd nanoraddfa ₂w adeiledd cyflym â strwythur L₃(Sc,Zr) ₂ a archebwyd â strwythur solet L1. Cyfuno (LPBF). Mae'r cyfnodau hyn yn dangos diffyg cyfatebiaeth delltog iawn (tua 1.3%) â'r -Matrics Al ac yn gwasanaethu fel safleoedd cnewyllol heterogenaidd hynod effeithlon, gan fireinio meintiau grawn o ddegau o ficrometrau i lawr i'r raddfa is-micromedr. Mae'r astudiaeth yn dangos bod yr aloi Zr fel y{11}}adeiledig Al-Mg-Mn-Sc-Zr aloi yn dangos strwythur grawn deufoddol nodweddiadol: rhanbarth o ronynnau mân hafalaidd (maint cyfartalog ~1.04 μm) ar ymylon y pyllau tawdd, a rhanbarth o'r maint cynyddol o ronynnau fesul maint μm. canolfan y pwll tawdd. Mae'r strwythur grawn heterogenaidd hwn yn deillio o amrywiadau gofodol mewn graddiannau tymheredd a dwyseddau cnewyllol o fewn y pwll tawdd; mae'r ymylon yn cynnwys graddiannau tymheredd uchel a chyfoethogi cyfnodau Al₃(Sc,Zr) cynradd, sy'n hyrwyddo cnewyllyn heterogenaidd, tra bod y canol yn cael ei nodweddu gan raddiant tymheredd cyfeiriadol cryf sy'n ffafrio twf grisial epitaxial ar hyd cyfeiriad y gwasgariad gwres mwyaf. Yn nodedig, tra bod Sc yn ddrud (tua $3,000/kg), mae Zr yn gymharol rad (tua $30/kg); mae ychwanegu'r elfennau hyn ar y cyd yn creu strwythur cragen Al₃Sc-core/Al₃Zr{-sydd nid yn unig yn gwella sefydlogrwydd thermol y cyfnodau cryfhau yn sylweddol ond sydd hefyd yn lleihau costau aloi yn effeithiol. Yn y cyfamser, mae tîm o Brifysgol Shanghai Jiao Tong wedi cynnig strategaeth ddylunio arloesol yn seiliedig ar naoscaffold ewtectig trawsffurfadwy. Dewiswyd system bron eutectic Al-Er (12.7 wt% Er) fel yr aloi model, gan ddefnyddio ffurfiad y cam Al₃Er L1₂-strwythuredig{35}sy'n dangos diffyg cyfatebiaeth dellt o ddim ond 3.96% a systemau twnel, slip a {3}brif uchel gyda systemau twnel, slip a {3} Yn ystod y broses argraffu LPBF, mae Al₃Er yn gwaddodi gyda ffracsiwn cyfaint o tua 10.3% ar ffurf sgerbwd nano 3D di-dor; mae'r sgerbwd hwn nid yn unig yn gallu gwrthsefyll pwysau uchel o fwy na 1300 MPa ond mae hefyd yn hwyluso llety plastig yn ystod anffurfiad trwy ffurfio gefeilliaid anffurfio a chyfnod hir 9R gan bentyrru strwythurau trefnedig, gan wyrdroi'r farn gonfensiynol bod sgerbydau ewtectig yn eu hanfod yn frau. Mae'r aloi fel yr argraffwyd Al{-Er-Mg aloi (RAE700) yn arddangos cryfder cynnyrch o 632 MPa, sy'n cynyddu i 707 MPa ar ôl heneiddio uniongyrchol tra'n cynnal estyniad o 7–10%, gan arwain at broffil perfformiad cynhwysfawr sy'n rhagori ar yr holl aloion alwminiwm 3D wedi'u hargraffu{5} a adroddwyd yn flaenorol Yn ogystal, datblygodd tîm ymchwil ym Mhrifysgol Nagoya gyfres aloi Al-Fe-Mn{-Ti yn seiliedig ar strategaeth "rheoli rhaniad elfen"; trwy ychwanegu Cu a Mn i sefydlogi'r cyfnod Al₆Fe a'i drawsnewid yn gyfnod cryfhau buddiol-tra ar yr un pryd yn cyflwyno Ti sy'n rhaniadau i'r cyfnod solet i fireinio grawn i tua 2.3 μm-mae'r aloi yn cyflawni ystafell-cryfder tynnol tymheredd o 390 MPa,14 eiddo heb ei newid fwy neu lai,14 heb ei newid fwy neu lai. 100 awr o amlygiad thermol ar 300 gradd.
