دانشگاه تیانجین|-سنتز درجا لیزر-نانو سبیل القا شده از طریق ساخت افزودنی برای دستیابی به آلیاژهای آلومینیوم با استحکام بالا-

01

بررسی اجمالی کاغذ

ساخت آلیاژهای آلومینیوم سبک وزن و با استحکام بالا از طریق همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) مدت‌هاست که برای دستیابی به استحکام بالا بر عناصر آلیاژی گران قیمت-مثل اسکاندیم و زیرکونیوم- تکیه داشته است. این وابستگی به شدت مانع کاربرد گسترده صنعتی آنها شده است. اگرچه افزودن ذرات کم‌هزینه (مثلاً TiB2، TiC) تا حدی می‌تواند ساختار دانه‌ها را اصلاح کند و استحکام را افزایش دهد، این استراتژی ترکیب ذرات برون‌زا اغلب با چالش‌هایی مانند تجمع ذرات، پراکندگی غیریکنواخت، و پیوند بین سطحی ضعیف، که منجر به ویژگی‌های ریزساختاری و ساختاری متجانس می‌شود، مواجه است. برای پرداختن به این موضوع، مطالعه حاضر یک استراتژی نوآورانه را پیشنهاد می‌کند که نیاز به عناصر گران قیمت را برطرف می‌کند. محققان با استفاده از گرادیان‌های دمایی شدید و فشارهای پس‌زدگی ناشی از لیزر{11}}در فرآیند LPBF به سنتز *در{12}}جای نانوسبیل‌های MgAlB4 متراکم و یکنواخت در یک ماتریکس آلیاژ آلومینیوم AA2024 دست یافتند. هدف این مقاله حذف ترک‌های انجماد و تخلخل-در نتیجه دستیابی به چگالی تقریباً کامل{17}}از طریق نسل *در{18}}درجا*-نانوسبیل‌های یک بعدی است. علاوه بر این، با سرمایه گذاری بر نسبت ابعاد بالا و اتصال سطحی قوی این سبیل ها، این مطالعه به دنبال افزایش قابل توجهی استحکام و شکل پذیری آلیاژ است و در نتیجه سد طولانی مدت بین عملکرد و هزینه در زمینه تولید افزودنی آلیاژ آلومینیوم را از بین می برد.

02

نمای کلی متن کامل

این مطالعه با پرداختن به عیوب ذاتی-مانند دانه‌های درشت ستونی، ترک‌خوردگی شدید داغ و تخلخل بالا{1}}که معمولاً در آلیاژهای آلومینیومی با استحکام بالا{2}}تجاری ساخته شده از طریق همجوشی بستر پودر لیزری (LPBF) با آن مواجه می‌شوند، یک مسیر جدید{3}* برای آلیاژهای آلومینیوم تقویت شده{4}}. با افزودن مقادیر کمی از پودر بور آمورف در پودر AA2024، و استفاده از سرعت خنک‌سازی سریع و فشارهای مذاب بالا (حداکثر 40 مگاپاسکال) مشخصه فرآیند LPBF، نانوساب‌های MgAlB4 دارای قطرهای بیش از 5 میلی‌متر{10}} هستند. 20{14}}با موفقیت *در{16}}جا* در ماتریس آلومینیوم سنتز شدند. این سبیل‌های یک‌بعدی که به‌عنوان مکان‌های هسته‌زایی ناهمگن عمل می‌کنند، تغییری در مورفولوژی دانه ایجاد کردند: از دانه‌های ستونی درشت ده‌ها میکرومتر در عرض تا دانه‌های هم محور فوق‌ریز با اندازه متوسط ​​تقریباً 1.3 تا 1.5 میکرومتر. این تبدیل ترک های انجماد را به طور کامل حذف کرد و در نتیجه چگالی آلیاژ 99.991٪ ایجاد شد. با توجه به مکانیسم‌های مکانیکی زیربنایی، ساختار شبه{26}شبکه‌ای پیوسته که توسط سبیل‌ها تشکیل می‌شود، نه تنها ذخیره و تکثیر نابجایی‌ها را تسهیل می‌کند، بلکه نابجایی‌ها را قادر می‌سازد تا سبیل‌ها را در جهتی عمود بر محورهای خود دور بزنند و در نتیجه غلظت تنش را به‌طور مؤثر کاهش دهند. نتایج تجربی نشان می دهد که آلیاژ به استحکام کششی نهایی (UTS) تقریباً 610 مگاپاسکال و ازدیاد طول یکنواخت 8.0 درصد دست می یابد. علاوه بر این، خواص حرارتی مکانیکی استثنایی{30}}در محدوده 150 درجه تا 250 درجه از خود نشان می‌دهد. این مطالعه راه‌حلی امیدوارکننده و مقیاس‌پذیر برای توسعه آلیاژهای آلومینیوم کم‌هزینه و با کارایی بالا از طریق تولید افزودنی ارائه می‌دهد.

03

**تحلیل بصری**

شکل 1 فرآیند ساخت کامپوزیت MgAlB4w/AA2024 و مشخصات دقیق عیوب داخلی آن را نشان می دهد. این مطالعه از یک روش پراکندگی مکانیکی سه بعدی برای پوشش یکنواخت پودر بور آمورف بر روی سطح ذرات پودر AA2024 قبل از چاپ LPBF استفاده کرد. اسکن‌های سه بعدی مقایسه‌ای به‌دست‌آمده از نانو{8}}CT به وضوح نشان می‌دهد که داخل آلیاژ AA2024 ساخته شده LPBF{9}}تصفیه‌نشده پر از ترک‌های ماکروسکوپی و منافذ بزرگی است که در امتداد جهت ساخت امتداد می‌یابند که منجر به کسر حجمی نقص به 4.698% می‌شود. در مقابل، به دنبال سنتز *در{13}}درجا* نانوسبیل‌های MgAlB4، ترک‌های داخلی آلیاژ کاملاً از بین رفت. تنها مقدار ناچیزی از منافذ کروی کوچک باقی مانده است، در نتیجه به تراکم کامل نزدیک به 99.991% می‌رسد.