01 Davr qiyinchiliklari - Past zichligi, yuqori solishtirma kuchi va mukammal korroziyaga chidamliligi tufayli alyuminiy qotishmalari aerokosmik, avtomobilsozlik va energetika uskunalari sohalarida ajralmas konstruktiv materiallarga aylandi. Biroq, zamonaviy sanoatning murakkab geometriyalarga va yuqori unumdorlikka bo'lgan talabi tufayli engil komponentlar, an'anaviy quyish va ishlov berish usullari murakkab ichki kanallar, panjara tuzilmalari va ingichka{4}}devorli funksiyalarga ega qismlarni ishlab chiqarishda asosiy cheklovlarga duch kelmoqda. Qoʻshimcha ishlab chiqarish texnologiyalari{6}}xususan, Laser Powder Bed Fusion (LPBF) va Laser Directed Energy Deposition (LDED)-bu ishlab chiqarishdagi qiyinchiliklarni yengish uchun inqilobiy yoʻllarni taklif etadi. LPBF texnologiyasi qatlam boʻyicha 99,5% dan ortiq zichlikdagi murakkab komponentlarni yaratib, oldindan yotqizilgan chang qatlamlarini tanlab eritish uchun-yuqori energiyali lazer nuridan foydalanadi; odatdagi sovutish tezligi 10⁶ K/s ga yetgan holda, u oʻta toʻyingan qattiq eritmalar va muvozanatli qotib qolish holatlaridan uzoqroq{13}}oʻta nozik taneli mikroyapılarni hosil qilishi mumkin. Shu bilan birga, sinxron kukun bilan oziqlantirish va lazer bilan eritishdan foydalanadigan LDED texnologiyasi shikastlangan qismlarni taʼmirlash va yirik{15}}konstruktiv komponentlar hamda kompozitsion toifali materiallarni ishlab chiqarishda noyob afzalliklarni namoyish etadi. Shunga qaramay, alyuminiy qotishmalari lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishda bir qator o'ziga xos jismoniy{17}}metallurgiya muammolariga duch keladi. Xona haroratida alyuminiy qotishmalari yaqin infraqizil lazerlar (to'lqin uzunligi: 1070 nm) uchun 90% dan ortiq aks ettirish xususiyatiga ega bo'lib, natijada energiyani ulash samaradorligi juda past bo'ladi va barqaror eritma hovuzini yaratish uchun yuqori{22}}kuchli{23}}zichlikdagi lazerlarni talab qiladi. Alyuminiy qotishma sirtlari osonlik bilan zich oksidli plyonka (Al₂O₃) hosil qiladi, erish nuqtasi 2072 daraja -alyuminiy matritsaning 660 daraja erish nuqtasidan sezilarli darajada yuqori; Ushbu oksid plyonkasining bo'laklari ko'pincha eritish havzasida to'liq erimaydi, ko'pincha yoriqlar va termoyadroviy nuqsonlar-yo'qligi{29}}boshlanish joyi bo'lib xizmat qiladi. Bundan ham muhimi, suyuq alyuminiydagi vodorodning eruvchanligi (taxminan . 0.7 sm³/100 g) qattiq alyuminiyga qaraganda ancha yuqori (taxminan . 0.04 sm³/100 g); tez qotib qolish jarayonida oʻta toʻyingan vodorod atomlari oʻz vaqtida diffuziya qila olmaydi va uning oʻrniga qattiq suyuqlik interfeysida toʻplanib, pufakcha yadrolarini hosil qiladi va natijada qotib qolgan mikrotuzilma ichida diametri bir necha dan bir necha oʻnlab mikrometrgacha boʻlgan metallurgiya teshiklarini qoldiradi. Shu bilan birga, alyuminiy qotishmalarining keng qotib qolish harorati diapazoni (masalan, Al7075 uchun 150 darajadan yuqori) va sezilarli qattiqlashuv qisqarishi (taxminan 6%), ularni eritish havzasining qotib qolishining yakuniy bosqichlarida oziqlantirish kanallari yopilgandan so'ng, qattiqlashuvning qisqarishi g'ovakliligi va issiq yorilishiga juda moyil bo'ladi; bu muammolar yuqori quvvatga ega 2xxx va 7xxx seriyali alyuminiy qotishmalarini LPBF bilan qayta ishlashning asosiy muammolaridir. Lazer qo'shimchalarini ishlab chiqarishga xos bo'lgan ekstremal termal aylanish xususiyatlari-atrofdagi kukun va substrat harorati bilan birga xona haroratidan 200 darajagacha bo'lgan 2000 darajadan yuqori bo'lgan eritma hovuzining haroratini o'z ichiga oladi. agar nazoratsiz qolsa, bu stresslar deformatsiyaga, deformatsiyaga yoki hatto qatlamlararo yorilishga olib kelishi mumkin.
02 Kompozitsiya dizayni - Kompozitsiya dizayni darajasida an'anaviy ravishda quyish va zarb qilish uchun ishlatiladigan qotishma tizimlari odatda qo'shimchalar ishlab chiqarish uchun yaroqsiz. Misol tariqasida AlSi10Mg qotishmasini oladigan bo'lsak, uning yaqin{4}}evtektik tarkibi quyish jarayonida ajoyib suyuqlik beradi; ammo, LPBF ning tez qotib qolish sharoitida qo'pol evtektik kremniy faza tarmog'i stress kontsentratsiyasining manbai sifatida ishlaydi. Qolaversa, qotishmaning 300 graduslik cho‘zilish kuchi uning xona{8}}harorat kuchining-taxminan 10 foizigacha pasayadi, bu yuqori haroratlarda evtektik mikro tuzilmaning tez qo‘pollashishi va erishi bilan bog‘liq hodisadir. Binobarin, qo'shimchalar ishlab chiqarish xususiyatlariga moslashtirilgan alyuminiy qotishmalarining ixtisoslashtirilgan kompozitsion tizimlarini ishlab chiqish ushbu sohadagi asosiy tadqiqot yo'nalishiga aylandi.
Xitoy Fanlar akademiyasi Chongqing Yashil va Intellektual Texnologiyalar Instituti tomonidan olib borilgan tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, Al-Mg qotishmalariga Sc (0,2-0,4 %) va Zr (0,1-0,3 og'irlik%) qo'shilishi, nano o'lchamdagi birlamchi Al₃ (Sc, LZr) tuzilmasini tezlashtirish jarayonida *in situ* shakllanishiga imkon beradi. Laser Powder Bed Fusion (LPBF). Bu fazalar -Al matritsasi bilan oʻta past panjara nomuvofiqligini (taxminan 1,3%) koʻrsatadi va don oʻlchamini oʻnlab mikrometrdan pastki-mikrometr shkalasigacha aniqlaydigan yuqori samarali geterogen yadrolanish joylari boʻlib xizmat qiladi. Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, Al-Mg-Mn-Sc-Zr qotishmasi o'ziga xos bimodal don strukturasini ko'rsatadi: mayda teng o'qli donalar hududi (o'rtacha o'lcham ~1,04 mkm) (eritiladigan hovuzning o'rtacha o'lchami ~1,04 mkm) mkm) eritma hovuzi markazida qurish yo'nalishi bo'ylab o'sadi. Bu heterojen don strukturasi eritish havzasi ichidagi harorat gradientlari va yadro zichligidagi fazoviy o'zgarishlardan kelib chiqadi; qirralarning yuqori harorat gradientlari va birlamchi Al₃(Sc,Zr) fazalarining boyitilishi bilan ajralib turadi, bu esa geterogen yadrolanishni ta'minlaydi, markaz esa maksimal issiqlik tarqalish yo'nalishi bo'yicha epitaksial kristall o'sishiga yordam beradigan kuchli yo'nalishli harorat gradienti bilan tavsiflanadi. Ta'kidlash joizki, Sc qimmat (taxminan $3000/kg), Zr nisbatan arzon (taxminan $30/kg); bu elementlarning birgalikda qo‘shilishi Al₃Sc-yadro/Al₃Zr{26}}qobiq strukturasini yaratadi, bu nafaqat mustahkamlash fazalarining termal barqarorligini sezilarli darajada oshiradi, balki qotishma xarajatlarini ham samarali kamaytiradi. Shu bilan birga, Shanxay Jiao Tong universiteti jamoasi deformatsiyalanadigan oʻzgartiriladigan evtektik nanoskaf-ga asoslangan innovatsion dizayn strategiyasini taklif qildi. Ular L1₂-tuzilishli Al₃Er fazasini shakllantirishdan foydalangan holda-eutektik Al-Er tizimiga yaqin (12,7% Er) qotishma namunasi sifatida tanladilar{35}, bu katak mos kelmasligi bilan birga atigi 3,96% va abdant tizimlar bilan {{37} egizaklik qobiliyati. LPBF bosib chiqarish jarayonida Al₃Er doimiy 3D nano{41}}skelet shaklida taxminan 10,3% hajm ulushi bilan cho'kadi; bu skelet nafaqat 1300 MPa dan ortiq yuqori kuchlanishlarga bardosh beradi, balki deformatsiya egizaklari va 9R uzun{44}}perionli tartiblangan tuzilmalarni shakllantirish orqali deformatsiya paytida plastik joylashishni osonlashtiradi va shu bilan evtektik skeletlar mo'rt bo'ladi degan an'anaviy qarashni tubdan bekor qiladi. As{46}}bosilgan Al{47}}Er-Mg qotishmasi (RAE700) 632 MPa oquvchanlik quvvatiga ega, to‘g‘ridan-to‘g‘ri qarigandan so‘ng 707 MPa gacha ko‘tariladi va 7–10% cho‘zilishni saqlaydi, buning natijasida keng qamrovli ishlash profili oldingi barcha alyuminiydan oshib ketadi.{5} Bundan tashqari, Nagoya universitetidagi tadqiqot guruhi “elementlarni boʻlinishni boshqarish” strategiyasiga asoslangan Al-Fe-Mn-Ti qotishma seriyasini ishlab chiqdi; Al₆Fe fazasini barqarorlashtirish va uni foydali mustahkamlash bosqichiga aylantirish uchun Cu va Mn qoʻshib{60}}bir vaqtning oʻzida Ti ni qoʻshib, donlarni taxminan 2,3 mkm gacha tozalash uchun qattiq fazaga boʻlinadi. 14-17%, 300 daraja issiqlik ta'sirida 100 soatdan keyin xususiyatlar deyarli o'zgarmaydi.
