01 Dúshláin Chomhaimseartha: Mar gheall ar a n-íseal-dlúis, neart sonrach ard, agus friotaíocht creimeadh den scoth, tá cóimhiotail alúmanaim tar éis éirí ina n-ábhar struchtúrach fíor-riachtanach sna hearnálacha aeraspáis, feithicleach agus trealaimh fuinnimh. Mar sin féin, agus an t-éileamh méadaitheach i dtionscal nua-aimseartha ar chéimseata casta agus comhpháirteanna éadroma ardfheidhmíochta, tá teorainneacha bunúsacha le sárú ag modhanna traidisiúnta réitigh agus meaisínithe nuair a bhíonn páirteanna á ndéanamh ag a bhfuil cainéil inmheánacha casta, struchtúir laitíse, agus gnéithe ballaí tanaí. Cuireann teicneolaíochtaí déantúsaíochta breiseán-go sonrach Comhleá Leaba Púdar Léasair (LPBF) agus Taiscí Fuinnimh faoi Threoir Léasair (LDED) bealaí réabhlóideacha ar fáil chun na baic déantúsaíochta seo a shárú. Tógann teicneolaíocht LPBF comhpháirteanna casta le dlús os cionn 99.5% trí shraitheanna púdair réamhthaisce a leá go roghnach ag baint úsáide as léas léasair ardfhuinnimh, ag tógáil ciseal an struchtúir de réir ciseal. Agus gnáth-rátaí fuaraithe ag sroicheadh thart ar 10⁶ K/s, cuireann an próiseas seo ar chumas tuaslagáin sholadach forsháithithe agus micreastruchtúir ultramhíne atá i bhfad níos faide ná staid sholadaithe na cothromaíochta a fhoirmiú. Os a choinne sin, léiríonn teicneolaíocht LDED-a úsáideann beathú comhuaineach púdair taobh le leá léasair-buntáistí uathúla maidir le páirteanna damáiste a dheisiú, comhpháirteanna struchtúracha ar scála mór a dhéanamh, agus ábhair atá grádaithe go feidhmiúil a tháirgeadh. Mar sin féin, bíonn ar chóimhiotail alúmanaim dul i ngleic le sraith de dhúshláin dhúchasacha fhisiciúla mhiotaleolaíochta le linn phróiseas déantúsaíochta breiseán léasair. Léiríonn cóimhiotail alúmanaim frithchaiteacht os cionn 90% i dtreo léasair infridhearg gar (le tonnfhad 1070 nm) ag teocht an tseomra; bíonn éifeachtúlacht cúplála fuinnimh thar a bheith íseal mar thoradh air seo, rud a fhágann go bhfuil gá le léasair ard-dlúis a úsáid chun linn leá cobhsaí a bhunú. Ina theannta sin, foirmíonn scannán dlúth ocsaíd (Al₂O₃) go héasca ar dhromchla cóimhiotal alúmanaim. Le leáphointe de 2072 céim -i bhfad níos airde ná sin an mhaitrís alúmanaim (660 céim)-is minic a theipeann ar phíosaí den scannán ocsaíd seo leá go hiomlán laistigh den linn leá, agus is minic a fheidhmíonn sé mar shuíomhanna núicléacha le haghaidh scoilteanna agus foinsí easpa lochtanna comhleá. Níos tábhachtaí fós, tá tuaslagthacht hidrigine in alúmanam leachtach (thart ar 0.7 cm³/100g) i bhfad níos airde ná é sin in alúmanam soladach (thart ar 0.04 cm³/100g). Le linn an phróisis soladaithe tapa, ní bhíonn dóthain ama ag adaimh hidrigine sársháithithe chun idirleathadh; ina ionad sin, carnann siad ar aghaidh an chomhéadain leachta soladach chun núicléis boilgeoga gáis a fhoirmiú, rud a fhágann taobh thiar de phiocháin mhiocrón a théann ó chúpla miocrón go dtí na deich miocrón ar trastomhas laistigh den mhicreastruchtúr soladaithe. Idir an dá linn, mar gheall ar an raon teochta soladaithe leathan de chóimhiotail alúmanaim (m.sh., níos mó ná 150 céim le haghaidh Al7075) agus a gcrapadh soladaithe suntasach (thart ar 6%) tá siad an-so-ghabhálach i leith porosity soladaithe agus scoilteadh te nuair a dhúnann na bealaí beathaithe ag eireaball an linn leá. Is é seo an príomhdhúshlán atá roimh chóimhiotail alúmanaim sraith 2xxx agus 7xxx ard-neart le linn phróiseas LPBF. Ina theannta sin, mar gheall ar thréith thimthriallta theirmeach an-mhór de mhonarú breiseán léasair-ina sáraíonn teochtaí linnte leá logánta 2000 céim, agus go bhfanann an púdar agus an tsubstráit máguaird idir teocht an tseomra agus 200 céim , rud a fhágann go bhfuil grádáin teochta chomh hard le 10⁶ K/m{-ghintear réimse struis teirmeach casta laistigh de na comhpháirteanna monaraithe; má fhágtar é neamhrialaithe, d'fhéadfadh sé go dtiocfadh warping, dífhoirmiúchán, agus fiú scoilteadh idirchiseal.
02 Dearadh Comhdhéanta: Ag leibhéal an dearadh comhdhéanamh, is minic nach mbíonn na córais cóimhiotal alúmanaim a úsáidtear go traidisiúnta i réitigh agus brionnú oiriúnach do mhonarú breiseán. Agus an cóimhiotal AlSi10Mg á ghlacadh mar shampla: cé go dtugann a chomhdhéanamh eutectach sreabhán den scoth dó le linn réitigh, faoi choinníollacha soladaithe tapa LPBF, is foinse tiúchan struis go paradacsach é an gréasán garbh de phasanna sileacain eoteicteacha. Ina theannta sin, titeann neart teanntachta an chóimhiotail ag 300 céim go dtí thart ar 10% dá sheomra-neart teochta-feiniméan a chuirtear i leith garbhú agus díscaoileadh tapa an mhicreastruchtúr eotéitigh ag teochtaí ardaithe. Dá bhrí sin, tá forbairt córais cóimhiotal alúmanaim speisialaithe atá oiriúnaithe do shaintréithe uathúla déantúsaíochta breiseáin tagtha chun cinn mar phríomhláthair taighde sa réimse seo.
Léiríonn taighde a rinne an Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Acadamh Eolaíochtaí na Síne, gur féidir trí rianmhéideanna Sc (0.2–0.4 wt%) agus Zr (0.1–0.3 wt%) a chur le cóimhiotail bunaithe ar Al-Mg-, nanachscála Al₃(Sc,Zr) trí chéimeanna príomhúla a fhoirmiú{6} *in situ* le linn phróiseas soladaithe tapa Comhleá Leaba Púdar Léasair (LPBF). Léiríonn an chéim seo neamhréir laitíse thar a bheith íseal (thart ar 1.3%) leis an -Maitrís Al, agus mar sin feidhmíonn sé mar shuíomh núiclithe ilchineálach an-éifeachtach a dhéanann scagadh ar mhéid an ghráin ó na deich micriméadair síos go dtí an leibhéal fo-mhicriméadar. Tugann an staidéar faoi deara freisin go gcuireann an SLM-Al-Mg-Mn-Sc-Zr alloy struchtúr gráin démhódach i láthair: tá imill na linne leáigh ina ghné de chrios grán comhchothrom mín le meánmhéid grán thart ar 1.04 μm, agus is éard atá sa chomhthiomsú gránach ar feadh an cholúin leá-chrios {0} lárchrios na linne leá. treo tógála-le meánmhéid grán thart ar 2.11 µm. Eascraíonn an struchtúr gráin ilchineálach seo ó éagsúlachtaí spáis i ngrádáin teochta agus i ndlúis núiclithe laistigh den linn leá; go sonrach, tá imill na linne leáigh tréithrithe ag grádáin teochta géara agus saibhriú ar chéimeanna príomhúla Al₃(Sc,Zr), a chothaíonn núicléas ilchineálach, ach taispeánann lár an linn leáigh grádán teocht ardtreoch a éascaíonn fás epitaxial na criostail feadh treo an diomailt teasa uasta. Go háirithe, cé gur eilimint chostasach í Sc (ar phraghas thart ar $3,000/kg), tá Zr sách saor (thart ar $30/kg); Cruthaíonn comhchur an dá eilimint seo struchtúr blaosc lárnach a chuimsíonn croí Al₃Sc agus sliogán Al₃Zr-a chuireann ní amháin go mór le cobhsaíocht theirmeach na gcéimeanna neartaithe ach a laghdaíonn costas iomlán an chóimhiotail go héifeachtach. Idir an dá linn, tá straitéis deartha nuálaíoch mhalartach molta ag foireann ó Ollscoil Shanghai Jiao Tong a dhíreofar ar nanascaifeanna eiteicteacha in-athfhoirmithe. Agus an garchóras eutectic Al-Er á roghnú aici (12.7 wt% Er) mar chóimhiotal samhail, ghiaráil an fhoireann cumas Er chun céim Al₃Er a chruthú le struchtúr L1₂ i gcomhar le Al; léiríonn an chéim seo neamhréir laitíse de ach 3.96% i gcomparáid leis an -Maitrís Al agus is sainairíonna é raidhse córas sciorrtha agus cumas ard nasctha. Le linn phróiseas priontála an LPBF, deascann Al₃Er i bhfoirm cnámharlach nanascála leanúnach tríthoiseach, arb ionann é agus thart ar 10.3 toirte. Ní hamháin go bhfuil an creatlach seo in ann struis arda níos mó ná 1300 MPa a choinneáil ach éascaíonn sé cóiríocht phlaisteach le linn dífhoirmithe trí chúplaí dífhoirmithe a fhoirmiú agus cruachta tréimhsí 9R ar fhad-struchtúir ordaithe{-ar an mbealach sin cuireann sé ar ceal go bunúsach an nóisean traidisiúnta gur cnámharlaigh euteicneolaíochta iad na cnámharlaigh bhréige. Léiríonn an cóimhiotal mar-phriontáilte Al{-Er-Mg alloy (RAE700) neart táirgeacht 632 MPa, a ardaíonn a thuilleadh go 707 MPa tar éis cóireála díreach aosaithe, agus fadú 7–10% á chothabháil ag an am céanna; sáraíonn na hairíonna cuimsitheacha seo iad siúd de chóimhiotail alúmanaim priontáilte 3D a tuairiscíodh roimhe seo. Ina theannta sin, d'fhorbair foireann taighde in Ollscoil Nagoya sraith cóimhiotail Al{-Fe{-Mn{{-Ti bunaithe ar straitéis "rialú deighilte eiliminteach". Trí Cu agus Mn a chur leis, d’éirigh leo an chéim Al₆Fe a chobhsú{-agus í a chlaochlú go céim neartaithe thairbheach{-agus Ti a thabhairt isteach ag an am céanna, a dheighilt sa phas soladach chun mionchoigeartú gránach a spreagadh (go timpeall 2.3 µm). Dá bhrí sin, sroicheann an cóimhiotal neart teanntachta teocht an tseomra de 390 MPa agus insínteacht 14–17%; go suntasach, fanann a chuid airíonna meicniúla beagnach gan athrú fiú tar éis nochtadh teirmeach ag 300 céim ar feadh 100 uair an chloig.
03 Rialú Próisis: Tá an caidreamh cainníochtúil idir paraiméadair phróisis agus dinimic linn leá ríthábhachtach chun na meicníochtaí a rialaíonn foirmiú microstructure i ndéantúsaíocht léasair de chóimhiotail alúmanaim a shoiléiriú. Tá iompar dinimiciúil sreabhach laistigh den linn leá á dtiomáint le chéile ag comhiompar Marangoni, brú cúlaithe, buacacht, agus fórsaí teirmeafacha. Ina measc seo, is éard atá i bhfórsaí lomadh Marangoni-a eascraíonn as grádáin teannais dromchla a tharlódh de bharr grádáin teochta trasna dhromchla an linn leá-an fórsa ceannasach a thiomáineann sreabhadh miotail leáite ó lár na linne i dtreo a imeall. Os a choinne sin, cuireann brú athmhúnlaithe-a ghintear trí dhí-uachtadh bríomhar gal miotail laistigh den pholl eochrach-fhórsa comhbhrú a bhrúnn an miotal leáite i dtreo bun agus ballaí taobh an phoill eochrach. Léiríonn staidéir go bhfeidhmíonn an dlús fuinnimh toirtmhéadrach (VED) mar an méadrach ríthábhachtach chun trasdulta mód na linnte leá a chinneadh: nuair a sháraíonn an VED thart ar 60 J/mm³, éiríonn an brú athchúlaithe galaithe leordhóthanach chun poll eochrach a ghiniúint laistigh den linn leá a bhfuil cóimheas gné níos mó ná 1 aige, rud a thionscnaíonn an "mód eochrach"; os a choinne sin, oibríonn an próiseas sa "modh seolta." Cé go n-éascaíonn mód an eochrach dlús ard ábhair a bhaint amach, is é ascalú éagobhsaí an pholl eochrach-go sonrach, titim thréimhsiúil a bhalla tosaigh-an phríomhmheicníocht chun póiriúlacht pholl eochrach a fhoirmiú (pores de ghnáth 50–200 μm ar trastomhas). Is sainairíonna iad na pores seo ná a mbeagmhéid agus a mhoirfeolaíocht neamhrialta, rud a dhéanann dochar i bhfad níos mó d'fheidhmíocht tuirse ná mar a dhéanann pores miotalóireachta scála mín. Tá sé léirithe ag taighde a rinneadh in Ollscoil Polaiteicniúil an Iarthuaiscirt gur féidir an colúnóir go dtí trasdul colún (CET) a mhodhnú go suntasach trí rianmhéid (0.15 wt%) de scagthóir gráin Al{{20}Nb{-B a chur le cóimhiotal AlSi10Mg). Ag gníomhú dóibh mar shuíomhanna ilchineálacha núiclithe, ardaíonn na cáithníní NbB₂ agus Al₃Nb a eascraíonn as seo codán toirte na ngrán comhchothrom ó níos lú ná 20 % go dtí os cionn 80 %; ag an am céanna, laghdaíonn an idirghabháil seo an cóimheas idir aniseatrópacht phlaisteach (a shainmhínítear mar an cóimheas idir fadú fadaithe agus trasnach) ó 3.5 go 1.2, rud a ghnóthaíonn staid iseatrópachta beagnach iomlán. Léiríonn saintréithe éabhlóideacha lochtanna porosity éagsúlachtaí ar leith thar chórais cóimhiotal alúmanaim éagsúla: i gcóimhiotail Al-Cu sraithe, mar thoradh ar an raon leathan soladaithe tá friotaíocht sreafa méadaithe laistigh den chrios mushy, rud a fhágann go bhfuil beathú éifeachtach (sreabhadh leá cúitimh) níos dúshlánaí; dá bhrí sin, is féidir leis an codán toirte de phiocháin metallurgical sna cóimhiotail a bhaint amach 1-2%. I gcodarsnacht leis sin, ceadaíonn cóimhiotail Al-Sraith Si{-mar gheall ar an raon soladaithe cúng a bhaineann lena gcomhdhéanamh eutectic{-do leibhéil póiriúlachta a rialú go héifeachtach faoi bhun 0.1%. Tá foirmiú uigeacht chriostail nasctha go dlúth leis an gciseal-trí{-iompraíocht sholadú na ciseal; nuair a úsáidtear straitéis scanadh aontreoch 0 céim, a<001>forbraíonn uigeacht feadh na treo tógála, rud a fhágann go bhfuil difríocht 10-20% idir na láidreachtaí toraidh san fhadtréimhse (treo tógála) agus treo trasna. Os a choinne sin, trí straitéis scanadh uainíochta 67 céim a ghlacadh, féadtar déine uigeachta a laghdú go leibhéal treoshuímh randamach, rud a chuireann deireadh le hainiseatrópacht in airíonna meicniúla go bunúsach. Maidir le feidhmíocht seirbhíse ardteochta, taispeánann cóimhiotail alúmanaim a mhonaraítear le breisithe acmhainneacht ar leith chun neartú mar aon le dúshláin shonracha maidir le díghrádú maoine. Déanann alt athbhreithnithe de chuid Central South University na meicníochtaí neartaithe ardteochta a bhaineann le cóimhiotail alúmanaim a mhonaraítear le breiseáin atá frithsheasmhach in a chatagóiriú i dtrí chroíbhealach. Ar an gcéad dul síos, tógann an éifeacht sineirgisteacha ilchomhpháirte ailtireacht ilchisealaithe, atá cobhsaí go teirmeach trí eilimintí le rátaí idirleata éagsúla a ionchorprú. Mar shampla, i gcóimhiotail Al-Ce-Sc-Zr, cruthaítear iarmhairt threisithe dhéthúil Al₁₁Ce₃, in éineacht le deascán infhéitheach L1₂-Al₃(Sc,Zr),; cuireann sé seo ar chumas an chóimhiotail neart teanntachta de 233 MPa a choinneáil ag 300 céim agus 142 MPa ag 400 céim , gan aon garbhú gráin suntasach a breathnaíodh fiú tar éis nochtadh teirmeach fada ag 400 céim ar feadh 96 uair an chloig. Sa dara háit, braitheann neartú intermetallic ar chomhdhúile idirmhiotalacha a roghnú le comhéifeachtaí idirleata íseal agus leáphointí arda chun struchtúr cnámharlaigh docht a fhoirmiú ag teochtaí ardaithe. Níl tairiseach ráta chomhchruinnithe na céime Al₁₁Ce₃ ag 400 céim ach 1.6 nm³/s-go suntasach níos ísle ná an chéim Al₂Cu i gcóimhiotail Al₂Cu traidisiúnta ag an teocht chéanna (thart ar 100 nm³/s); Ceadaíonn an chobhsaíocht ardteochta níos fearr seo don chéad cheann feidhmiú go leanúnach mar bhac éifeachtach ar ghluaisne díláithrithe. Ar an tríú dul síos, cuireann rialachán scála adamhach bac ar garbhú trí eilimintí deighilte a thabhairt isteach ag na comhéadain idir na céimeanna neartaithe agus an mhaitrís. Tá léirithe ag staidéir gur féidir le heilimintí ar nós Sc, Zr, Si, agus Mn a scarann ag an gcomhéadan θ′-Al₂Cu/ -Al₂Cu/ -Al₂Cu/ -Al₂Cu/ -Al₂Cu/-fuinneamh idir-éadanach a ísliú agus bac a chur ar idirleathadh adamhach, rud a leathnaíonn an raon teochta seirbhíse de 2xxx{0} ó chéimeanna traidisiúnta na gcóimhiotail. 250 céim agus 300 céim. Tá céim shuntasach chun cinn glactha ag staidéar a foilsíodh in *Nature Communications*{{- faoi stiúir an Acadaimh Lu Jian ó Ollscoil Chathair Hong Cong i gcomhar le hinstitiúidí iolracha{- trí úsáid a bhaint as comheilimintí eisíontais a aimsítear i gcóimhiotail alúmanaim (Si, Fe, Mn, agus Ni) chun resistant teasa a fhorbairt). Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni cóimhiotal nach bhfuil miotail lómhara ná eilimintí tearcchré ann. Faoi choinníollacha soladaithe tapa, déantar an cóimhiotal seo faoi dheighilt neamhchothromaíochta, ag leabú teasa--nanaprecipitates idirmhiotalacha il-chomhpháirteacha-ag áitiú codán toirte suas le 14%{{70} ag teorainneacha soladaithe cille, rud a chruthaíonn micreastruchtúr teirmeach. Gan aon phostáil a bheith ag teastáil, taispeánann an cóimhiotal neart teanntachta teochta seomra de 582 MPa, le láidreachtaí 263 MPa agus 114 MPa ag 300 céim agus 400 céim , faoi seach. Ina theannta sin, taispeánann an staidéar-den chéad uair i gcóimhiotail alúmanaim-meicníocht treisithe atá á thiomáint ag soladach-athfhoirmiú stáit: le linn dífhoirmithe ardteochta, déantar claochlú éagruthach soladstaide ar chuid de na nana-réamh-mhiotalacha, rud a chruthaíonn "cáithníneach + ₂ nanomorphous + ₂ neamhordúil). ′-(Ni,Fe)₃Al phase)" struchtúr nanobiphasic a sholáthraíonn cosán diomailt fuinnimh breise le haghaidh iomadú crack ardteochta.
