銅の添加は、積層造形されたアルミニウム合金の耐熱性を向上させるのに役立つ

出典：スペシャルキャスティング

AlSi10Cu4Mg合金は選択的レーザー溶融（SLM）によって製造された。予め合金化されたAlSi10Mgと元素Cu粉末を混合し、180℃×2時間で時効処理した。SLMedおよびSLM時効処理したサンプルの高温引張特性を200〜400℃の範囲で試験した。変形中の微細構造の変化を比較し、合金の強化および軟化メカニズムを詳細に議論し、AlSi10Mg合金の高温機械的特性を最適化するための参考とした。

選択的レーザー溶融法 (SLM) は、優れた機械的特性を持つアルミニウム合金を製造するための重要な付加製造 (AM) 技術であり、近年ますます注目を集めています。亜共晶AlSi10Mg合金は、優れた耐食性、低熱膨張、高比強度などの特性を備えており、航空宇宙、自動車などの業界で広く使用されています。したがって、SLMed AlSi10Mg 合金は室温での成形性と機械的特性に優れています。しかし、高温での Si 粒子の粗大化は、SLMed AlSi10Mg 合金の機械的特性に悪影響を及ぼし、低温環境での使用が制限されます。したがって、SLMed AlSi10Mg合金の耐熱性を向上させることは、高温環境での適用範囲を拡大するために重要です。

銅（Cu）は、価格が安く、析出硬化技術によってさまざまな耐熱ナノ粒子を容易に形成できるため、アルミニウム合金の高温特性を向上させる非常に有望な元素となっています。 SLMプロセスによるCu改質AlSi10Mg合金の製造の実現可能性は実証されていると報告されているが、SLMed AlSi10Mg合金の高温引張特性に対するCu添加の影響についてはほとんど報告されていない。そのため、高温でのCuリッチ相とSi相の進化と相乗メカニズム、およびそれらが高温変形挙動に与える影響はまだ明らかではない。

これを基に、長春理工大学のハン・イン教授のチームは、共晶グリッドとナノスケールのAl-Cu析出相のユニークな組み合わせを持つ新しいSLMed AlSi10Cu4Mg合金を開発しました。合金の高温引張特性を評価することで、微細構造の進化と変形挙動の関係を体系的に研究しました。研究結果は「選択的レーザー溶融法で製造されたCu改質AlSi10Mg合金の高温引張特性」というタイトルでJournal of Alloys and Compounds誌に掲載されました。

時効処理後、Siナノ粒子とCuリッチ相がマトリックス内に分散します。 SLMed 合金は、独特の共晶ネットワークを示します。 200℃では、合金は優れた高温引張特性を示し、引張強度は（327±2）MPa、伸びは（25.5±0.5）％です。時効処理後、合金の強度はさらに向上し、引張強度は（381±3）MPaです。しかし、温度が上昇するにつれて、2 つの合金のひずみ硬化現象は徐々に弱まり、SLM 時効試験片の強度増加は徐々に減少し、伸び増加は増加しました。

高体積分率 Si ナノ粒子付近での異常な転位の蓄積は GND の発達を促進し、200 °C でのひずみ硬化に寄与します。このユニークな不均一構造は、Si ナノ粒子付近の転位滑りの臨界分解せん断応力を増大させるだけでなく、高応力下で効果的かつ持続的な転位源にもなります。時効処理により、Al2Cu 相の準安定変態と Si ナノ粒子の析出により、合金の強度がさらに向上します。

SLM合金の組織タイプは主にCube{001}<100>、Copper{112}<111>、P{011}<211>です。 SLM時効合金では、S{123}<634>組織の含有量が大幅に増加し、主要な組織タイプの1つになります。高温では、Si ナノ粒子と θ' 相の粗大化により強化効果が弱まります。 α-Al マトリックスは、連続的な動的再結晶の軟化特性を示します。時効処理により動的再結晶プロセスが加速され、伸びが増加します。

銅の添加は、積層造形されたアルミニウム合金の耐熱性を向上させるのに役立つ

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