《MSEA》矽可以防止3D列印7075鋁合金的微裂紋!

2021-01-17 電鏡網

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選擇性雷射熔化（SLM）是基於光束的增材製造技術（3D列印技術），與其他增材製造技術相比，它能夠以更高的尺寸精度製造複雜形狀的金屬零件。但是，由於鍛造鋁合金是專為冷加工工藝（例如軋制和擠壓）而設計的，因此這些合金很容易形成結構缺陷。先前的研究報導了在各種鍛造鋁合金中發生嚴重開裂的現象，並提出了通過改變工藝參數（即雷射輸出，掃描距離和掃描速度）以抑制開裂和後熱處理以改善機械性能，但這在實踐中尚未實現。因此，通過對材料本身合金元素進行研究——添加Si，有望通過SLM應用於輕量化組件的製造。


該項研究是來自日本京科學大學大學院機械工學系的Yuki Otani，研究了矽含量對選擇性雷射熔化（SLM）可加工性的影響以及所製備樣品的性能。SLM的最佳雷射條件為195 W雷射輸出和1000 mm/s掃描速度。對於7075合金，矽含量過高會導致延展性降低和樣品破裂，矽含量較低則無法抑制微裂紋。因此確定最佳矽含量為5%時，這是消除具有增強的拉伸強度和可接受的延展性的裂紋所需的最低矽含量。相關論文以題為「Effects of the addition of silicon to 7075 aluminum alloy on microstructure, mechanical properties, and selective laser melting process ability」於3月10日發表在Materials Science and Engineering: A。


論文連結：

https://sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301672


研究表明，通過SLM工藝製造的7075合金零件存在發生嚴重開裂的問題，添加矽則可以消除重大缺陷，並且矽含量的改變有利加工條件，微觀結構形態和機械性能。隨著矽含量的增加，SLM樣品中的空隙和裂紋得到抑制，促進了SLM樣品的緻密化，材料的最大相對密度也得到了改善。通過在最佳雷射條件下加工7075 + 5%Si合金，可獲得100.2%的最高相對密度。提高了維氏顯微硬度和0.2%的屈服強度。7075+16%Si樣品的硬度約為未改性7075的兩倍。相反，過多的矽含量則導致脆性，這表現為在拉伸試驗中測得的輕微延展性以及SLM過程中樣品的斷裂。在SLM工藝過程中7075+13%Si和7075+16%Si樣品會自動斷裂。


圖1 粉末顆粒的形貌：（a）未改性7075;（b）7075 + 5%Si;（c）7075 + 16%Si


圖2 7075樣品的最大和最小相對密度之間的範圍


圖3 樣品表面層的雷射顯微圖像（a）未改性的7075;（b）7075 + 2%Si;（c）7075 + 4%Si;（d）7075 + 5%Si;（e）7075 + 6%Si;（f）7075 + 16%Si。


總體說來，矽是鋁合金中一種普遍且便宜的合金成分，它可以防止通過SLM製造的7075合金零件中的微裂紋。但無法觀察到矽與其他合金成分（包括Cu，Zn和Mg）的相互作用。這表明類似的方法可能適用於SLM技術的其他鍛造鋁合金。同時該研究有望作為一種能夠在不限制製造幾何形狀的情況下穩定地消除裂紋的方法。（文：33）





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