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杭州博華激光技術(shù)有限公司

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《Additive Manufacturing》:納米TiO2改性的2219鋁合金在室溫和高溫下都具有優(yōu)異的力學(xué)性能
信息來(lái)源:激光先進(jìn)制造研究院       日  期:2022-12-02

激光粉末床熔化(L-PBF)是金屬增材制造(AM)的主要技術(shù)之一,由于其能夠快速制造具有復雜幾何形狀的高性能構件而被廣泛應用于多個(gè)行業(yè)。L-PBF加工(L-PBFed)的輕質(zhì)鋁合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能,由于其低密度和優(yōu)異的比強度而備受航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域的青睞。然而,由于L-PBF過(guò)程中的復雜熱循環(huán)和嚴重的熱應力,僅有少量鋁合金能滿(mǎn)足航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域的使用性能要求。此外通過(guò)傳統方法(即鑄造,半固態(tài)加工和焊接)制造的沉淀硬化鋁合金在凝固過(guò)程中會(huì )出現嚴重的熱裂紋。因此,目前對鋁合金L-PBF的研究主要集中于使用Al-Si系列鑄造合金。這些鑄造合金的近共晶成分在凝固過(guò)程中具有較窄的凝固溫度區間,降低裂紋敏感性,并且可以產(chǎn)生細小的晶粒和雙峰微結構,從而提高L-PBFed Al-Si系合金的強度。因此,目前迫切需要簡(jiǎn)便且經(jīng)濟的方法使L-PBF的鋁合金零件能在室溫和高溫下具有高力學(xué)性能,而且制造出來(lái)的鋁合金沒(méi)有大的裂紋和孔隙。

在這項研究中,作者在2219鋁合金中添加1 wt.%的二氧化鈦(TiO2)納米顆粒,并從合金的致密化行為、凝固行為、組織演變和力學(xué)性能等方面系統研究了TiO2納米顆粒在L–PBF制備2219鋁合金中的作用。結果表明,TiO2納米顆粒的添加可以細化晶粒,并且可以有效防止L-PBF過(guò)程中熱裂紋的形成,其主要是因為高晶粒生長(cháng)限制因子(Q值)的Ti元素的溶質(zhì)效應,從而打印出具有高致密度(99.97%)的鋁合金。加工后的合金在室溫和高溫下均表現出優(yōu)異的極限抗拉強度和延伸率,與鍛造的合金力學(xué)性能相當,并且優(yōu)于其他AM技術(shù)制造的2219鋁合金。

相關(guān)研究成果以 “Laser powder bed fusion of nano-titania modified 2219 aluminium alloy with superior mechanical properties at both room and elevated temperatures: The significant impact of solute”為題發(fā)表在增材制造領(lǐng)域頂刊《Additive Manufacturing》上。

 

1. a)打印的2219鋁合金和(bNTM-2219鋁合金的3D-CT重建結果和切片圖像。