01
Papieroverzicht
De fabricage van lichtgewicht, zeer{0}}aluminiumlegeringen via Laser Powder Bed Fusion (LPBF) is lange tijd sterk afhankelijk geweest van dure legeringselementen-zoals scandium en zirkonium- om hoge sterkte te bereiken; deze afhankelijkheid heeft de wijdverbreide industriële toepassing ervan ernstig belemmerd. Hoewel de toevoeging van goedkope deeltjes (bijv. TiB2, TiC) tot op zekere hoogte de korrelstructuren kan verfijnen en de sterkte kan vergroten, wordt deze strategie van het incorporeren van exogene deeltjes vaak geconfronteerd met uitdagingen zoals deeltjesagglomeratie, niet-{8}}uniforme dispersie en slechte grensvlakbinding, resulterend in microstructurele inhomogeniteit en gecompromitteerde mechanische eigenschappen. Om dit probleem aan te pakken, stelt de huidige studie een innovatieve strategie voor die de noodzaak van dure elementen overbodig maakt. Door gebruik te maken van de extreme temperatuurgradiënten en door laser{11}}geïnduceerde terugslagdrukken die inherent zijn aan het LPBF-proces, bereikten de onderzoekers de *in-situ* synthese van dichte en uniform verspreide MgAlB4-nanowhiskers in een AA2024-matrix van aluminiumlegering. Dit artikel heeft tot doel stollingsscheuren en porositeit te elimineren-en daarbij bijna volledige verdichting te bereiken-door het *in-situ* genereren van één-dimensionale nanowhiskers. Bovendien probeert het onderzoek, door gebruik te maken van de hoge aspectverhouding en sterke grensvlakbinding van deze snorharen, zowel de sterkte als de ductiliteit van de legering aanzienlijk te verbeteren, waardoor de al lang bestaande handelsbarrière tussen prestaties en kosten op het gebied van additieve productie van aluminiumlegeringen wordt doorbroken.
02
Volledig tekstoverzicht
Deze studie richt zich op inherente defecten-zoals grove kolomvormige korrels, ernstig heet scheuren en hoge porositeit-die vaak voorkomen in commerciële aluminiumlegeringen met hoge-sterkte vervaardigd via Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Dit onderzoek stelt een nieuw traject voor voor de *in-situ* synthese vanwhisker-versterkte aluminiumlegeringen. Door sporenhoeveelheden amorf boorpoeder in AA2024-poeder op te nemen en gebruik te maken van de snelle afkoelsnelheden en de hoge smelt{7}}terugstootdruk (tot 40 MPa) die kenmerkend zijn voor het LPBF-proces, werden MgAlB4-nanowhiskers-met diameters van slechts 5-15 nm en beeldverhoudingen van meer dan 20-met succes gesynthetiseerd *in-situ* in de aluminiummatrix. Deze uniform verspreide een{22}}dimensionale snorharen fungeerden als heterogene kiemplaatsen en veroorzaakten een transformatie in de korrelmorfologie: van grove kolomvormige korrels met een breedte van tientallen micrometers tot ultrafijne gelijkassige korrels met een gemiddelde grootte van ongeveer 1,3 tot 1,5 μm. Door deze transformatie werden stollingsscheuren volledig geëlimineerd, wat resulteerde in een legeringsdichtheid van 99,991%. Wat betreft de onderliggende mechanische mechanismen: de quasi{26}}continue netwerkstructuur gevormd door de snorharen vergemakkelijkte niet alleen de opslag en proliferatie van dislocaties, maar maakte het ook mogelijk dat dislocaties de snorharen omzeilden in een richting loodrecht op hun assen, waardoor stressconcentraties effectief werden verminderd. Experimentele resultaten tonen aan dat de legering een ultieme treksterkte (UTS) bereikt van ongeveer 610 MPa en een uniforme rek van 8,0%; bovendien vertoont het uitzonderlijke thermomechanische eigenschappen bij hoge- temperaturen binnen het bereik van 150 graden tot 250 graden. Deze studie biedt een veelbelovende en schaalbare oplossing voor de ontwikkeling van goedkope, hoogwaardige aluminiumlegeringen via additieve productie.
03
**Visuele analyse**
Figuur 1 illustreert het fabricageproces van het MgAlB4w/AA2024-composiet en de precieze karakterisering van de interne defecten ervan. Bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van een drie-dimensionale mechanische dispersiemethode om amorf boorpoeder gelijkmatig op het oppervlak van AA2024-poederdeeltjes aan te brengen voorafgaand aan het LPBF-printen. Vergelijkende 3D-scans verkregen via Nano-CT laten duidelijk zien dat de binnenkant van de onbehandelde, LPBF-gefabriceerde AA2024-legering vol zit met macroscopische scheuren en grote poriën die zich uitstrekken langs de bouwrichting, wat resulteert in een defectvolumefractie van wel 4,698%. Daarentegen werden na de *in-situ* synthese van MgAlB4-nanowhiskers de interne scheuren in de legering volledig geëlimineerd; er bleef slechts een verwaarloosbaar aantal minuscule bolvormige poriën over, waardoor een bijna-volledige verdichting van 99,991% werd bereikt.
