3D打印可以高效生產結構-性能集成的鋁合金部件，滿足了航空航天和汽車工業長期需求。然而，高強度鋁合金具有高開裂敏感性，實現高強度鋁合金的近全致密增材制造仍然是重大挑戰。

3D打印技術參考注意到，來自中科院金屬所的研究人員于近日取得新突破，他們通過LPBF工藝設計并制備了一種Al-Fe-V-Si-Sc合金。LPBF過程中極高的冷卻速率和熱梯度促進了特殊分級異質結構的形成。位于熔池中心的非晶/晶體復合結構以及存在于熔池邊界的納米級析出物可以為該合金提供強化，使其在室溫和高溫下都呈現出超高強度。

研究人員使用優化的工藝參數3D打印預合金Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si-0.3Sc粉末，相關檢測未發現明顯的裂紋、未熔合等冶金缺陷，材料的致密度達到了99.9%，成功制造了無裂紋和接近全致密的合金樣品。

樣品在325°C下人工時效2小時后空冷，通過顯微硬度和拉伸試驗評估3D打印鋁合金的機械性能。結果顯示，熱處理樣品的不同區域的顯微硬度與已報到的同類合金相比得到明顯強化。究其原因，是因為LPBF過程極高的冷卻速率（～105–107K/s)，在合金內誘導形成了多尺度相，有利于抑制裂紋的萌生并阻礙其擴展，從而提高合金的變形抗力。

(a) 在不同熱輸入條件下高速相機拍攝的熔池堆疊圖像。(b) 用最佳參數制造的熱處理樣品的3D顯微組織圖像。(c) 復雜結構樣品的宏觀圖像。(d) 與BD平行的熱處理樣品的SEM圖像。局部放大的SEM圖像：(e) 熔池中心和(f) 熔池邊界。(g–i) 與BD平行的熱處理樣品的EBSD結果：(g) 逆極圖（IPF）圖，(h) 晶界分布和(i) 核平均旋轉（KAM）圖。

3D打印的 Al-Fe-V-Si合金鋁合金在20°C到400°C范圍內表現出優異的機械性能。不同溫度下樣品的應力-應變曲線顯示 ：

• 在20°C時合金表現出超高的強度，抗拉強度為865±11.5MPa，屈服強度為649±17.5MPa。這些數值超出了多種LPBF鋁合金已報道的數值。

• 樣品的強度隨溫度變化，與其他3D打印耐熱鋁合金相比，該合金在不同溫度下表現出更高的抗拉強度。

• 在300℃時的抗拉強度和屈服強度分別為463MPa和431MPa；
  

• 在400℃時的抗拉強度和屈服強度分別為225MPa和191MPa。

(a) 熔池中心和邊界處的硬度分布。(b) 不同溫度下的工程應力-應變曲線。(c) 不同3D打印鋁合金在室溫條件下抗拉強度與延伸率對比 (d) 不同溫度下多種3D打印鋁合金的抗拉強度對比

因此，通過合金化Sc并充分利用LPBF工藝的特性，研究人員開發出一種具有超高強度和耐高溫的鋁合金。熱處理后的LPBF Al-Fe-V-Si-Sc合金的超高強度可以歸因于多種強化機制，包括Orowan、過飽和固溶體、高密度原子團簇、高密度位錯和HDI硬化。同時，成功制造了具有復雜晶格結構的典型零件，表明該合金具有良好的打印性能，該合金的斷裂延伸率可能會是日后需要改善的重點。

推薦：Ultrahigh strength heat-resistant Al-Fe-V-Si-Sc alloy fabricated by laser powder bed fusion

注：本文由3D打印技術參考創作，未經聯系授權，謝絕轉載。

歡迎轉發

千人行業專家交流Q群：248112776

1.

2.

3.

4.