01 Laikmeta izaicinājumi - Tā kā alumīnija sakausējumi ir kļuvuši par neaizstājamiem konstrukciju materiāliem aviācijas, automobiļu un enerģētikas aprīkojuma sektorā, to zemā blīvuma, augstās īpatnējās izturības un izcilās izturības pret koroziju dēļ. Tomēr, tā kā mūsdienu industrijas pieprasījums pēc sarežģītām ģeometrijām un augstas veiktspējas, vieglo detaļu pieauguma, tradicionālās liešanas un apstrādes metodes saskaras ar būtiskiem ierobežojumiem tādu detaļu ražošanā, kurām ir sarežģīti iekšējie kanāli, režģa struktūras un plānas -sienu funkcijas. Papildu ražošanas tehnoloģijas -īpaši lāzera pulvera slāņa saplūšana (LPBF) un lāzera virzīta enerģijas uzklāšana (LDED)-piedāvā revolucionārus veidus, kā pārvarēt šīs ražošanas vājās vietas. LPBF tehnoloģijā tiek izmantots augstas enerģijas{9} lāzera stars, lai selektīvi izkausētu iepriekš uzklātus pulvera slāņus, veidojot sarežģītas sastāvdaļas, kuru blīvums pārsniedz 99,5% slāni pa slānim; ar tipisku dzesēšanas ātrumu, kas sasniedz 10⁶ K/s, tas var radīt pārsātinātus cietus šķīdumus un īpaši smalkas{13}}graudainas mikrostruktūras, kas ir tālu no līdzsvara sacietēšanas stāvokļiem. Tikmēr LDED tehnoloģija, kas izmanto sinhrono pulvera padevi un lāzerkausēšanu, demonstrē unikālas priekšrocības bojāto detaļu labošanā un liela mēroga strukturālo komponentu, kā arī pēc sastāva šķirotu materiālu ražošanā. Tomēr lāzera piedevu ražošanas laikā alumīnija sakausējumi saskaras ar virkni būtisku fizikālu{17}}metalurģisku problēmu. Telpas temperatūrā alumīnija sakausējumu atstarošanās spēja, kas pārsniedz 90% tuvu infrasarkano staru lāzeriem (viļņa garums: 1070 nm), kā rezultātā ir ārkārtīgi zema enerģijas savienojuma efektivitāte un ir nepieciešami lielas -jaudas-blīvuma lāzeri, lai izveidotu stabilu kausējuma baseinu. Alumīnija sakausējuma virsmas viegli veido blīvu oksīda plēvi (Al2O3) ar kušanas temperatūru 2072 grādi -, kas ir ievērojami augstāka par alumīnija matricas 660 grādu kušanas temperatūru; šīs oksīda plēves fragmenti bieži nespēj pilnībā izkausēt kušanas baseinā, bieži vien kalpojot par plaisu un saplūšanas defektu -trūkuma{29}} sākumpunktu. Vēl svarīgāk ir tas, ka ūdeņraža šķīdība šķidrā alumīnijā (aptuveni . 0.7 cm³/100 g) ir daudz augstāka nekā cietā alumīnijā (aptuveni . 0.04 cm³/100 g); ātras sacietēšanas laikā pārsātinātie ūdeņraža atomi nevar laikā izkliedēties un tā vietā uzkrājas cietā{35}}šķidruma saskarnē, veidojot burbuļu kodolus, galu galā sacietētajā mikrostruktūrā atstājot metalurģiskas poras, kuru diametrs ir no dažiem līdz vairākiem desmitiem mikrometru. Tikmēr plašais sacietēšanas temperatūras diapazons (piem., Al7075 pārsniedz 150 grādus) un ievērojamā sacietēšanas saraušanās (aptuveni 6%) padara tos ļoti jutīgus pret sacietēšanas saraušanās porainību un karsto plaisāšanu, kad padeves kanāli aizveras kausējuma baseina sacietēšanas beigu posmā; šīs problēmas ir galvenās problēmas augstas stiprības 2xxx un 7xxx sērijas alumīnija sakausējumu LPBF apstrādē. Lāzera piedevu ražošanai raksturīgās ekstremālās termiskās cikliskās īpašības, kas ietver lokālu kausējuma baseina temperatūru, kas pārsniedz 2000 grādus, kā arī apkārtējo pulvera un substrāta temperatūru diapazonā no istabas temperatūras līdz 200 grādiem, kā rezultātā temperatūras gradienti ir pat 10⁶ K/m{50}}, ģenerē kompleksā komponenta termiskās sprieguma laukus; ja šie spriegumi netiek kontrolēti, tie var izraisīt deformāciju, deformāciju vai pat starpslāņa plaisāšanu.
02 Sastāva dizains - Sastāva dizaina līmenī sakausējumu sistēmas, ko tradicionāli izmanto liešanai un kalšanai, bieži vien nav piemērotas piedevu ražošanai. Par piemēru ņemot AlSi10Mg sakausējumu, tā gandrīz -eutektiskais sastāvs nodrošina izcilu plūstamību liešanas laikā; tomēr LPBF ātras sacietēšanas apstākļos rupjā eitektiskā silīcija fāzes tīkls darbojas kā sprieguma koncentrācijas avots. Turklāt sakausējuma stiepes izturība 300 grādu leņķī samazinās līdz aptuveni 10% no tā istabas -temperatūras izturības-, kas ir saistīta ar strauju eitektiskās mikrostruktūras rupjību un šķīšanu augstās temperatūrās. Līdz ar to specializētu alumīnija sakausējuma kompozīcijas sistēmu izstrāde, kas pielāgota piedevu ražošanas īpašībām, ir kļuvusi par galveno pētniecības virzienu šajā jomā.
Ķīnas Zinātņu akadēmijas Čuncjinas Zaļo un inteliģento tehnoloģiju institūta pētījumi atklāj, ka nelielu daudzumu Sc (0,2–0,4 masas%) un Zr (0,1–0,3 masas%) pievienošana Al-Mg sakausējumiem ļauj *in situ* veidot nanomēroga primāro Al₃ (Sc, Zr₂) ātrās cietās struktūras procesa fāzēs. Pulvera slāņa saplūšana (LPBF). Šīm fāzēm ir ārkārtīgi zema režģa neatbilstība (apmēram 1,3%) ar -Al matricu, un tās kalpo kā ļoti efektīvas heterogēnas kodolu veidošanās vietas, uzlabojot graudu izmērus no desmitiem mikrometru līdz sub-mikrometru skalai. Pētījumā norādīts, ka -veidotajam Al-Mg-Mn-Sc-Zr sakausējumam ir raksturīga bimodāla graudu struktūra: smalku vienādsgraudu graudu apgabals (vidējais izmērs ~1,04 μm) un kausējuma baseina apgabala lielums 1. kolonnas lielums. μm), kas aug pa būvniecības virzienu kausējuma baseina centrā. Šī neviendabīgā graudu struktūra rodas no temperatūras gradientu un kodolu blīvuma telpiskām izmaiņām kausējuma baseinā; malām ir augsti temperatūras gradienti un primāro Al₃ (Sc, Zr) fāžu bagātināšana, kas veicina neviendabīgu kodolu veidošanos, savukārt centru raksturo izteikti virzīts temperatūras gradients, kas veicina epitaksiālo kristālu augšanu maksimālās siltuma izkliedes virzienā. Jāatzīmē, ka Sc ir dārgs (apmēram 3000 USD/kg), bet Zr ir salīdzinoši lēts (apmēram 30 USD/kg); kombinēta šo elementu pievienošana rada Al₃Sc-core/Al₃Zr-apvalka struktūru, kas ne tikai ievērojami uzlabo stiprināšanas fāžu termisko stabilitāti, bet arī efektīvi samazina sakausējuma izmaksas. Tikmēr komanda no Šanhajas Jiao Tong universitātes ir ierosinājusi novatorisku dizaina stratēģiju, kuras pamatā ir deformējams -transformējams eitektiskais nanosastatnis. Viņi kā modeļa sakausējumu izvēlējās gandrīz -eutektisko Al-Er sistēmu (12,7 masas % Er), izmantojot L1₂-strukturētās Al₃Er fāzes veidošanos-, kas uzrāda tikai 3,96}% lielu režģa nesakritību ar Al{31}} un augstu {{3 lipu. spēja. LPBF drukāšanas procesā Al₃Er izgulsnējas ar tilpuma daļu aptuveni 10,3% nepārtraukta 3D nano-skeleta veidā; šis skelets ne tikai iztur lielus spriegumus, kas pārsniedz 1300 MPa, bet arī atvieglo plastisko pielāgošanos deformācijas laikā, veidojot deformācijas dvīņus un 9R garas -periodu sakraujot sakārtotas struktūras, tādējādi būtiski apgāžot tradicionālo uzskatu, ka eitektiskie skeleti pēc savas būtības ir trausli. As-apdrukātā Al-Er-Mg sakausējuma (RAE700) tecēšanas robeža ir 632 MPa, kas pēc tiešas novecošanas palielinās līdz 707 MPa, vienlaikus saglabājot 7–10% pagarinājumu, tādējādi iegūstot visaptverošu veiktspējas profilu, kas pārspēj visus iepriekš aprakstītos 5}.3D. Turklāt Nagojas universitātes pētnieku grupa izstrādāja Al-Fe-Mn-Ti sakausējuma sēriju, pamatojoties uz "elementu sadalīšanas kontroles" stratēģiju; pievienojot Cu un Mn, lai stabilizētu Al₆Fe fāzi un pārveidotu to par labvēlīgu stiprināšanas fāzi,{60}}vienlaikus ieviešot Ti, kas sadalās cietajā fāzē, lai rafinētu graudus līdz aptuveni 2,3 μm-, sakausējums sasniedz istabas-temperatūras stiepes izturību un stiepes izturību 3 %, stiepes spēks 3 — 490 MPa. īpašības paliek praktiski nemainīgas pēc 100 stundu termiskās iedarbības 300 grādu temperatūrā.
