アルミニウム合金3Dプリントの新たなブレークスルー

アルミニウム合金3Dプリントの新たなブレークスルー
著者: Liu Zhefeng、Li Dichen

最近、USTCの研究チームがアルミニウム合金3Dプリント技術における最新の成果を報告しました。研究者らは、SLMプロセスで準備されたアルミニウム合金サンプルにT6熱処理を施した後、アルミニウム合金の延性が大幅に向上したことを発見しました。 AlSi10Mgアルミニウム合金サンプルはSLMプロセスで製造され、その後、主に535℃での溶体化処理と158℃での人工時効処理(10時間)を含むT6熱処理を受けました。その後、アルミニウム合金サンプルの機械的特性をテストし、微細構造を観察および分析しました。図1はSLMプロセスを使用してアルミニウム合金サンプルを準備するプロセスを示しています。



図1 SLMプロセスの概略図(a)動作パラメータ、(b)スキャン方法、(c)サンプルの伸張および曲げの概略図


図2 曲げ破壊微細構造
(a) 破壊のSEM写真、(b) ピットの分布、(c) 高倍率SEM写真、(d) 酸化領域のSEM写真、(e) 後方散乱電子像、(f) 破壊の形態。

鋼やチタン合金と比較して、アルミニウム合金は SLM プロセスにおいて 3 つの課題に直面しています。(a) アルミニウム粉末のレーザービームに対する反射率が高い、(b) 熱伝導率が高い、(c) アルミニウム元素が比較的活性で表面に酸化膜を形成しやすい、です。例えば、本研究で使用した AlSi10Mg 鋳物の熱伝導率は 113 W/m K に達します。高い熱伝導率によって引き起こされる主な問題は、金属が液体から固体に変化するとき非常に急速に冷却されるため、凝固した金属内部に高い残留応力が生じ、鋳物に内部亀裂が生じ、使用性能に重大な影響を与えることです。そのため、SLM プロセスでアルミニウム合金の伸び、硬度、引張強度、疲労強度を向上させる方法について多くの研究が行われてきました。 SLM によって製造された AlSi10Mg 合金は、強度と硬度において他の合金を大幅に上回っているが、延性は比較的低いことが判明しました。最後に、上記の T6 熱処理により、AL 合金の伸びが大幅に改善され、このタイプのアルミニウム合金の実際の応用のためのプロセスガイダンスが提供されます。


試験結果によると、アルミニウム合金サンプルの密度は熱処理前後であまり変化せず、引張強度と曲げ強度はそれぞれ 19.97% (334 MPa から 267.3 MPa) と 6.1% わずかに減少し、硬度は約 20% 減少しました。しかし、アルミニウム合金の延性は大幅に向上し、伸びは155%(3.64%から9.28%)増加し、破壊たわみは122.9%増加し、アルミニウム合金の総合的な機械的特性が優れていることが実証されました。これにより、3D プリントされたアルミニウム合金部品の応用価値が広がります。図2は、試験サンプルの引張断面と曲げ断面の微細構造をそれぞれ示しています。この成果により、アルミニウム合金の製造における 3D プリント技術の応用機会がさらに広がります。

参考文献
LF Wang、J. Sun、XL Yu、Y. Shi、XG Zhu、LY Cheng、HH Liang、B. Yan、LJ Guo、選択的レーザー溶融AlSi10Mgアルミニウム合金のT6類似熱処理による機械的特性の向上、材料科学および工学a-構造材料特性微細構造および加工734(2018)299-310。

出典:機械製造システム工学国家重点実験室


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