上海大学付加製造トップジャーナル:伝統を打ち破り、層間休止戦略により共晶高エントロピー合金の性能が向上!

上海大学付加製造トップジャーナル:伝統を打ち破り、層間休止戦略により共晶高エントロピー合金の性能が向上!
出典:上海大学資料

共晶高エントロピー合金 (EHEA) は、その独特の不均質な層状構造により、強度と延性の優れた組み合わせを示します。 EHEA を製造する従来の方法 (真空アーク溶解、鋳造、粉末冶金) では、気孔、マクロ偏析、粗大な微細構造などの欠陥が発生しやすく、形状の複雑さと微細な特徴を備えた部品を直接製造することは非常に困難です。レーザー指向性エネルギー堆積 (LDED) 技術は、EHEA の付加製造に最適な選択肢です。しかし、現在、LDED 技術を使用した AlCoCrFeNi2.1 EHEA の製造に関する研究はほとんど行われておらず、合金の強度と延性は実際のエンジニアリング用途を満たすのがまだ困難です。後続の処理により合金の特性は向上しますが、生産サイクルとコストが増加します。


最近、材料科学工学部の無秩序合金チームは、現在の LDED 技術で製造された AlCoCrFeNi2.1 共晶高エントロピー合金 (EHEA) が満足のいく強度と延性の組み合わせを示さないという問題に対処するために、シンプルで斬新な層間サスペンション戦略を提案しました。この戦略により、共晶層の微細構造をその場で調整して、合金の強度と延性を高めることができます。関連する結果は、「層間休止戦略によるカスタマイズされたラメラ構造を備えたレーザー指向性エネルギー堆積共晶高エントロピー合金」というタイトルで、積層造形分野のトップ国際ジャーナル「Additive Manufacturing」(中国科学院第1ゾーンのトップジャーナル、IF=10.3)に掲載されました。修士課程の学生であるHe Zhouyang氏が論文の第一著者であり、准研究員のBian Xilei氏(指導教員)とポスドク研究員のJia Yuefei氏が共同著者である。この研究は、中国国家自然科学基金、上海自然科学基金、西北工業大学凝固技術国家重点実験室のオープンプロジェクト、上海市教育委員会イノベーション計画、国防科学技術173計画、中国有人宇宙工学宇宙利用システムプロジェクト、上海科学技術イノベーション計画によって資金提供されました。

LDED 層間休止戦略に基づく EHEA の微細構造のその場制御: LDED の概略図 (a)、異なる層間休止時間での層厚の比較 (b) および引張工学応力-ひずみ曲線 (c)、層間休止時間が 60 秒のサンプルの TEM 特性評価 (d) および APT 特性評価 (e)。
研究によると、層間休止戦略により、共晶シートの層構造を大幅に改良できることが示されています。層間休止がない場合と比較して、60秒間休止したサンプルの層構造の改良は約40%増加し、合金の引張強度は約14%増加し、均一伸びは約47%増加しました。 SEM、EBSD、TEM、APTなどの特性評価方法により、さらに、改良された共晶層構造により、不均質変形誘起(HDI)強化およびひずみ硬化能力が向上し、応力集中を効果的に緩和して破壊を遅らせ、可塑性を維持できることが発見されました。本研究で提案された層間休止戦略は、LDED 付加製造プロセスを通じて、その場で調整可能な微細構造と優れた機械的特性を備えた高エントロピー合金を開発するためのシンプルで効果的な方法を提供し、そのエンジニアリング用途の新たな可能性を切り開きます。

論文リンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2024.104471

ウェーハ、金属

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