01 Cabaran Era - Oleh kerana ketumpatannya yang rendah, kekuatan khusus yang tinggi dan rintangan kakisan yang sangat baik, aloi aluminium telah menjadi bahan struktur yang amat diperlukan dalam sektor aeroangkasa, automotif dan peralatan tenaga. Walau bagaimanapun, memandangkan permintaan industri moden untuk geometri kompleks dan{3}}prestasi tinggi, komponen ringan melonjak, kaedah tuangan dan pemesinan tradisional menghadapi had asas dalam bahagian pembuatan yang menampilkan saluran dalaman yang rumit, struktur kekisi dan-ciri berdinding nipis. Teknologi pembuatan aditif-khususnya Laser Powder Bed Fusion (LPBF) dan Laser Directed Energy Deposition (LDED)-menawarkan laluan revolusioner untuk mengatasi kesesakan pembuatan ini. Teknologi LPBF menggunakan pancaran laser-bertenaga tinggi untuk mencairkan lapisan serbuk pra{10}}secara terpilih, membina komponen kompleks dengan ketumpatan melebihi 99.5% lapisan demi lapisan; dengan kadar penyejukan biasa mencapai tertib 10⁶ K/s, ia boleh menghasilkan penyelesaian pepejal supertepu dan{13}}struktur mikro berbutir ultrahalus yang jauh daripada keadaan pemejalan keseimbangan. Sementara itu, teknologi LDED, menggunakan penyuapan serbuk segerak dan pencairan laser, menunjukkan kelebihan unik dalam membaiki bahagian yang rosak dan mengeluarkan-komponen struktur berskala besar serta bahan gred komposisi. Namun begitu, aloi aluminium menghadapi satu siri cabaran fizikal{17}}logam intrinsik semasa pembuatan aditif laser. Pada suhu bilik, aloi aluminium mempamerkan pemantulan melebihi 90% untuk-laser inframerah hampir (panjang gelombang: 1070 nm), menghasilkan kecekapan gandingan tenaga yang sangat rendah dan memerlukan-kuasa-laser berketumpatan tinggi untuk mewujudkan kolam cair yang stabil. Permukaan aloi aluminium mudah membentuk filem oksida padat (Al₂O₃) dengan takat lebur 2072 darjah -jauh lebih tinggi daripada takat lebur 660 darjah matriks aluminium; serpihan filem oksida ini selalunya gagal cair sepenuhnya dalam kolam cair, selalunya berfungsi sebagai tapak permulaan untuk retak dan kekurangan-kecacatan-cacat peleburan. Lebih kritikal lagi, keterlarutan hidrogen dalam aluminium cecair (lebih kurang. 0.7 cm³/100g) jauh lebih tinggi daripada aluminium pepejal (lebih kurang. 0.04 cm³/100g); semasa pemejalan pantas, atom hidrogen supertepu tidak boleh meresap keluar dalam masa dan sebaliknya terkumpul pada antara muka-cecair pepejal untuk membentuk nukleus buih, akhirnya meninggalkan liang metalurgi antara beberapa hingga beberapa puluh mikrometer diameter dalam struktur mikro yang dipadatkan. Sementara itu, julat suhu pemejalan yang luas (cth, melebihi 150 darjah untuk Al7075) dan pengecutan pemejalan yang ketara (kira-kira 6%) aloi aluminium menjadikannya sangat mudah terdedah kepada keliangan pengecutan pemejalan dan retak panas sebaik sahaja saluran suapan ditutup semasa peringkat akhir pemejalan kolam cair; isu ini mewakili cabaran teras dalam pemprosesan LPBF bagi aloi aluminium siri 2xxx dan 7xxx berkekuatan tinggi-tinggi. Ciri kitaran haba melampau yang wujud dalam pembuatan aditif laser-melibatkan suhu kolam leburan setempat melebihi 2000 darjah bersama-sama suhu serbuk dan substrat di sekelilingnya daripada suhu bilik hingga 200 darjah , menghasilkan kecerunan suhu setinggi 10⁶ K/m-menjanakan medan tegasan haba kompleks; jika dibiarkan tidak terkawal, tegasan ini boleh menyebabkan ledingan, ubah bentuk, atau bahkan keretakan antara lapisan.
02 Reka Bentuk Komposisi - Pada peringkat reka bentuk gubahan, sistem aloi yang digunakan secara tradisional untuk penuangan dan penempaan selalunya tidak sesuai untuk pembuatan bahan tambahan. Mengambil aloi AlSi10Mg sebagai contoh, komposisi eutektik hampir-nya memberikan kecairan yang sangat baik semasa penuangan; walau bagaimanapun, di bawah keadaan pemejalan pantas LPBF, rangkaian fasa silikon eutektik kasar bertindak sebagai sumber kepekatan tegasan. Tambahan pula, kekuatan tegangan aloi pada 300 darjah menjunam kepada kira-kira 10% daripada-kekuatan suhu-biliknya, fenomena yang dikaitkan dengan kekasaran dan pembubaran struktur mikro eutektik yang cepat pada suhu tinggi. Akibatnya, membangunkan sistem komposisi aloi aluminium khusus yang disesuaikan dengan ciri-ciri pembuatan aditif telah menjadi tumpuan penyelidikan utama dalam bidang tersebut.
Penyelidikan oleh Institut Teknologi Hijau dan Pintar Chongqing, Akademi Sains China, mendedahkan bahawa menambah jumlah surih Sc (0.2–0.4 wt%) dan Zr (0.1–0.3 wt%) kepada aloi Al-Mg membolehkan pembentukan *in situ* bagi skala nano primer Al₃(Sc,Zr1₂ proses tertib Serbuk cepat) dalam fasa Laser pepejal yang tertib. Gabungan Katil (LPBF). Fasa ini mempamerkan ketidakpadanan kekisi yang sangat rendah (kira-kira 1.3%) dengan -matriks Al dan berfungsi sebagai tapak nukleasi heterogen yang sangat cekap, memperhalusi saiz butiran daripada berpuluh-puluh mikrometer hingga ke skala sub-mikrometer. Kajian menunjukkan bahawa aloi Zr yang-dibina Al-Mg-Mn-Sc-}mempamerkan ciri struktur butiran bimodal: rantau butiran sama halus (saiz purata ~1.04 μm) pada tepi kolam leburan bersaiz purata ~2μm. sepanjang arah binaan di pusat kolam cair. Struktur butiran heterogen ini timbul daripada variasi spatial dalam kecerunan suhu dan ketumpatan nukleasi dalam kolam cair; tepinya menampilkan kecerunan suhu tinggi dan pengayaan fasa Al₃(Sc,Zr) primer, yang menggalakkan nukleasi heterogen, manakala bahagian tengah dicirikan oleh kecerunan suhu berarah kuat yang memihak kepada pertumbuhan kristal epitaxial sepanjang arah pelesapan haba maksimum. Terutama, walaupun Sc mahal (lebih kurang $3,000/kg), Zr agak murah (lebih kurang $30/kg); penambahan gabungan unsur-unsur ini menghasilkan struktur cengkerang Al₃Sc-teras/Al₃Zr-yang bukan sahaja meningkatkan kestabilan terma fasa pengukuhan dengan ketara tetapi juga mengurangkan kos aloi dengan berkesan. Sementara itu, pasukan dari Universiti Shanghai Jiao Tong telah mencadangkan strategi reka bentuk yang inovatif berdasarkan -nanoscaffold eutektik boleh diubah bentuk. Mereka memilih sistem-Eutektik Al-Er hampir (12.7 wt% Er) sebagai aloi model, menggunakan pembentukan L1₂-fasa Al₃Er berstruktur-yang mempamerkan ketidakpadanan kekisi hanya 3.96%} dengan kebolehgelinciran berkembar dengan sistem - yang tinggi. Semasa proses pencetakan LPBF, Al₃Er memendakan dengan pecahan volum kira-kira 10.3% dalam bentuk rangka nano 3D-yang berterusan; rangka ini bukan sahaja menahan tegasan tinggi melebihi 1300 MPa tetapi juga memudahkan penginapan plastik semasa ubah bentuk melalui pembentukan kembar ubah bentuk dan struktur tersusun-tempoh 9R panjang, dengan itu secara asasnya mengubah pandangan konvensional bahawa rangka eutektik sememangnya rapuh. Aloi Al-Er-Mg (RAE700) yang dicetak seperti-mempamerkan kekuatan hasil 632 MPa, yang meningkat kepada 707 MPa selepas penuaan langsung sambil mengekalkan pemanjangan 7–10%, menghasilkan profil prestasi komprehensif yang mengatasi semua aloi aluminium cetak yang dilaporkan sebelum ini 3.{{55}D. Selain itu, pasukan penyelidik di Universiti Nagoya telah membangunkan siri aloi Al-Fe-Mn-Ti berdasarkan strategi "kawalan pembahagian elemen"; dengan menambahkan Cu dan Mn untuk menstabilkan fasa Al₆Fe dan mengubahnya menjadi fasa pengukuhan yang berfaedah-sambil memperkenalkan Ti yang membahagikan secara serentak ke dalam fasa pepejal untuk menapis butiran kepada kira-kira 2.3 μm-aloi mencapai bilik-dengan kekuatan tegangan 17% suhu dan 490% MPa panjang kekal hampir tidak berubah selepas 100 jam pendedahan haba pada 300 darjah .
