南科大研發新型3D打印高強韌鋁合金
2021年12月20日 11:44 22225次瀏覽 來源： 中國有色網 分類： 鋁資訊
近日，南方科技大學機械與能源工程系逯文君助理教授團隊、德國馬普鋼鐵所Dierk Raabe教授團隊和新加坡制造技術研究院Sharon Mui Ling Nai團隊在Materials Today聯合發表論文，報道了一種通過選擇性激光熔化（SLM）和熱處理技術制造出的具有前所未有的強度-韌性協同作用的無裂紋7000系鋁合金材料。
研究發現，通過SLM+熱處理工藝，使AlZnMgCuScZr鋁合金的高強度超過了647Mpa，這是SLM生產的鋁合金的高報告值，同時具有約11.6%的可觀延展性。具有可調節分級微觀結構的高強度的Al7000系列合金的成功制造為設計和微調SLM工藝生產高機械載荷作用下的鋁合金部件鋪平了道路。
SLM制備的鋁合金在不同熱處理工藝下的工程應力-應變曲線圖與其他類型的鋁合金性能對比圖及，針對打印態與退火態的鋁合金材料微觀組織結構的電鏡分析圖
鋁合金作為工業生產中不可或缺的輕質合金材料卻有著較高的激光反射率、較差的鋪展性及高的表面氧化性，從而導致了其在SLM制備過程中易產生開裂等問題。其中，時效硬化型高強鋁合金如7000系鋁合金尤為明顯。因此，如何應用SLM制備該類鋁合金成為了亟需攻克的技術難點。有研究表明，添加Si、Sc、Zr或ZrH2可打印無裂紋的7000系列鋁合金。然而，與傳統鑄造合金相比，通過SLM制備的鋁合金的綜合力學性能仍然處于較低水平。除此之外，SLM打印參數及后續熱處理工藝對鋁合金的微觀結構影響機理尚不清楚，地限制了此類鋁合金工程應用范圍。
為此，南方科技大學逯文君及其合作者提出了一種適用于SLM工藝的新型鋁合金成分設計：AlZnMgCuScZr，利用熱處理工藝對其結構進行調控，得到了能同時擁有晶粒多峰異質結構與雙析出相結構的微觀組織，并最終優化其綜合力學性能。
該材料具有結構化的微觀結構，由多峰晶粒和復雜的分級相形態組成。它由初級Al3 (Scx ,Zr1-x ) 顆粒組成，作為超細晶粒的孕育劑，防止裂紋形成。亞穩態的富鎂、鋅和銅的二十面體準晶（I相）普遍分散在晶粒內部，并沿晶界排列為花絲骨架。對所有層級的理解打開了通過調整熱處理參數來定制合金機械響應的途徑。通過調整后續熱處理參數，可促使準晶相溶解到基體中以及后續的時效析出強化型第二相（η'）。同時在熱處理過程中析出二次的Al3(Sc,Zr)納米顆粒，形成η'和Al3(Sc,Zr)雙析出相納米結構。
采用該工藝手段生產出了一種微觀結構變體，該變體使合金的屈服強度范圍高達647 ± 6 MPa，這是已知的SLM生產的鋁合金的高值，同時具有可觀的延展性11.6% ± 1.5%。可調分級微觀結構設計策略可用于更廣泛的SLM生產的 Al7000系列合金，對于輕量化應用具有重要潛力。3D打印技術參考
責任編輯：王慧
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