アルミニウム合金アークヒューズの積層造形に関する研究の進歩

出典: XJTU 金属添加剤

アルミニウム合金は、一般的に使用される軽量材料として、航空宇宙、輸送などの分野で広く使用されています。金属アークヒューズ積層造形技術の発展と成熟により、大型で複雑なアルミニウム合金構造部品の統合製造への近道が提供されます。近年、西安交通大学の金属積層造形チームは、材料組成設計、複合プロセスの研究開発、新しい後処理ソリューション、異種材料の積層造形などを網羅し、大型アルミニウム合金の複雑な構造部品の高性能な統合積層造形の実現を目指して、アルミニウム合金アーク積層造形の全プロセスの研究開発に取り組んでいます。このツイートでは、この分野におけるチームの研究進捗の一部を紹介します。皆様のご批判や訂正を歓迎するとともに、関連する交流や協力も期待しています。

アルミニウム合金の積層造形のためのレーザー衝撃および熱処理の複合後処理プロセス

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103652

タイトル: レーザーショックピーニングによる指向性エネルギー堆積 Al-Cu 合金の析出の調整。

著者: Tianxing Chang、Hongkai Zhang、Xuewei Fang、Yandong Jing、Naiyuan Xi、Ke Huang*。

ジャーナル: 付加製造

時期: 2023年6月

研究のハイライト：本研究では、レーザー衝撃強化プロセスと熱処理プロセスを組み合わせて、アークヒューズ積層造形で製造された2319アルミニウム銅合金に対して、固溶体+レーザー衝撃強化+時効の複合後処理プロセスを開発しました。この複合プロセスにより、部品内部の気孔が効果的に閉じられ、レーザー衝撃によって転位が導入され、これにより析出が効果的に促進され、その後の老化プロセス中に析出した相の粗大化が遅延され、最終的に部品の機械的特性が効果的に向上します。従来のT6熱処理と比較して、複合後処理サンプルの引張強度と降伏強度はそれぞれ13％と38％増加しました。具体的な機械的特性は、引張強度：412.2MPa、降伏強度：322.9MPa、伸び：7.2％です。

新しい高性能チタン繊維強化アルミニウム合金 Al5183 のアーク指向性エネルギー堆積

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.addma.2023.103445

タイトル: 新型高性能チタン繊維強化 Al5183 アルミニウム合金のワイヤベースの指向性エネルギー堆積。

著者: Yongliang Geng、Meng Zhao、Xinzhi Li、Ke Huang、Xuan Peng、Binbin Zhang、Xuewei Fang∗、Yugang Duan、Bingheng Lu。

ジャーナル: 付加製造

時期: 2023年3月

研究のハイライト：伝統的なアーク添加技術に基づいて、連続繊維強化金属マトリックス複合材料の方法が初めて革新的に提案され、TFRA部品の強度と靭性を向上させるメカニズムが明らかになりました。アーク入熱を制御し、スイング方式を採用することで、溶融池温度を下げ、チタン合金線の溶融を回避できます。界面の厚さは約3〜10ミクロンで、化学組成は勾配遷移であり、明らかな割れ傾向はありません。チタン繊維強化アルミニウム部品は、チタン繊維を体積率 10.5% 添加することで、非強化アルミニウム合金部品と比較して、降伏強度、引張強度、比強度がそれぞれ 124%、33%、25% 増加します。同時に、伸びは 20% に維持され、これはアルミニウム合金構成板の伸びと一致しています。さらに、衝撃エネルギーも大幅に向上しました（128％）。チタン繊維は衝撃破壊プロセス中に大量の衝撃エネルギーを吸収し、アルミニウムマトリックスの亀裂伝播を効果的に阻止します。

レーザー衝撃処理アークヒューズによるAl-Mg-Sc薄肉部品の製造に関する研究

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1080/17452759.2024.2370956

タイトル: レーザーショックピーニングによるワイヤーアーク指向性エネルギー堆積薄肉 Al-6Mg-0.3Sc コンポーネントの特性改善。

著者: Xuewei Fang、Kai Li、Minghua Ma、Chang Liu、Yao Zhang、Jian Zhou、Zhanxin Li、Jiahao Shang、Ke Huang*、Bingheng Lu。

ジャーナル: 仮想および物理プロトタイピング

時期: 2024年6月

研究のハイライト: この研究では、アーク溶融添加物 Al-6Mg-0.3Sc 薄肉部品をレーザー衝撃ピーニング (LSP) を使用して処理しました。結果は、LSP が表面近くでサブミクロンの粒度勾配構造を形成することを示しています。準現場 CT により、LSP がアークヒューズ添加剤の欠陥に与える影響が定量化され、気孔率が 68% 以上減少したことが示されました。同時に、堆積直後（AD）の状態と比較して、引張強度は 39.5% 増加して 295.8 ± 6.4 MPa となり、伸びはわずかに減少しましたが、これは転位の蓄積と継続的な動的再結晶化による結晶粒の微細化と三峰構造の出現によるものです。この研究は、熱処理なしで高性能な大型薄肉部品を製造するための新しいソリューションを提供します。

異種アルミニウム合金アークヒューズワイヤの積層造形

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.jmst.2022.02.024

タイトル: 異種 2319 および 5B06 アルミニウム合金のワイヤおよびアーク積層造形。

著者: Tianxing Chang、Xuewei Fang、Gang Liu、Hongkai Zhang、Ke Huang*。

ジャーナル: Journal of Materials Science & Technology

時期: 2022年3月

研究のハイライト：この研究では、アークヒューズ積層造形技術を使用して、異なる堆積順序で 2319 アルミニウム銅合金と 5B06 アルミニウムマグネシウム合金で構成された異種合金単層構造を製造しました。下部に 2319、上部に 5B06 を使用した堆積部品は、極限引張強度 258.5 MPa、降伏強度 139.3 MPa、伸び 5.6% という優れた機械的特性を示し、これらは 2319 親材料の機械的特性よりわずかに低いだけでした。結果は、引張試験では堆積順序に関係なく、両方の材料の破壊が接合線より上の最初の層の高さで発生することを示しています。長い滞留時間によって引き起こされる熱応力と S-Al2CuMg 相の再溶融が、亀裂の発生を促進する主な要因です。その後、堆積順序に応じて、亀裂は凝集した細孔に沿って伝播するか、または粒界に沿って分布する帯状のθ-Al2Cu相に沿って伝播します。この実験は、異なる堆積シーケンスにおける異種アルミニウム合金部品の界面特性のその後の調整に関する理論的根拠を提供します。

アーク溶融積層造形法による2319アルミニウム合金の層間レーザー衝撃処理に関する研究

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.msea.2023.145699

タイトル: ワイヤーアーク指向性エネルギー堆積 Al-Cu 合金の層間レーザー衝撃ピーニングによる強度と延性の同時向上

著者: Yandong Jing、Xuewei Fang、Yongliang Geng、Yusong Duan、Ke Huang*

ジャーナル: 材料科学と工学: A

時期: 2023年11月

研究のハイライト：本研究では、中国と海外で初めて、アーク積層造形と層間レーザー衝撃強化複合材の製造に成功しました。アークヒューズの堆積層と再溶融層の厚さが厚すぎるという問題を克服するために、本研究では、各堆積層の厚さをレーザー衝撃の影響層の厚さに制限する螺旋振動経路を革新的に採用しました。堆積直後のサンプルと比較すると、層間レーザー衝撃処理後のサンプルの気孔数は 73.9% 減少しました。同時に、複合プロセスで製造された引張サンプルの引張強度、降伏強度、伸びはそれぞれ 20.1%、19.1%、27.3% 増加しました。さらに、複合プロセスにおける層間強化のプロセス特性により、後続の熱入力層は、既存の強化層の欠陥の閉鎖に基づいて欠陥の冶金結合を実現できます。この欠陥除去メカニズムと層間転位密度の蓄積が、強度と延性の同時向上の理由です。

2319アルミニウム合金部品のアーク溶融積層造形のための層間ハンマー加工プロセス

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.140168

タイトル: 層間ハンマーによるワイヤーアーク積層造形された 2319 アルミニウム合金の微細構造の進化。

著者: Xuewei Fang、Lijuan Zhang、Guopeng Chen、Ke Huang *、Fei Xue、Lei Wang、Jiyuan Zhao、Bingheng Lu *。

ジャーナル: Materials Science & Engineering A

日時: 2020年8月

研究のハイライト:

本論文では、アークヒューズ積層造形法で製造されたアルミニウム合金部品の機械的性質が弱いという問題を解決するために、層間ハンマリングプロセスを紹介し、異なる変形量で積層造形された2319アルミニウム合金部品の全体的な機械的性質に対する層間ハンマリングプロセスの改善効果と潜在的な強化メカニズムを研究しています（Google Scholar引用回数160回）。堆積したままの試験片と比較して、50.8% 変形した試験片の降伏強度と極限引張強度は、それぞれ 148.4 MPa と 288.6 MPa から 240.9 MPa と 334.6 MPa に増加しました。層間ハンマリングは、その後の堆積層を通じてその場熱処理効果をもたらし、ハンマリング層内の粒子の回復と静的再結晶を促進し、それによって粒子微細化の目的を達成します。その後の層間ハンマー処理により、再結晶した粒子が再び変形し、転位密度がさらに増加して、2319 アルミニウム合金の極限引張強度が向上します。

積層造形法で製造したマイクロアロイアルミニウム銅合金の異方性と熱安定性の制御

オリジナル記事を見るためのリンク: https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112287

タイトル: 多段階熱処理による積層造形マイクロアロイAl-Cu合金の機械的特性と熱安定性の調整

著者: You Zhou、Tianxing Chang、Xuewei Fang *、Ruikai Chen、Yefei Li、Ke huang *。

ジャーナル: マテリアル＆デザイン

時期: 2023年8月

研究のハイライト:

本論文では、研究チームが独自に開発したSc/Zr/Ti/Erマイクロ合金Al-Cu合金を対象に、アークヒューズ添加剤技術により合金の薄肉部品の製造に成功し、一次Al3X粒子の不均一核形成効果を利用して、著しく微細な結晶構造を獲得しました。同時に、本論文では、合金の総合的な特性を調整するために、均質化処理に続いて固溶化および時効処理からなる多段階の熱処理システムも提案しています。従来の熱処理で強化されたサンプルと比較して、新しい熱処理システムでの均質化により、Sc や Zr などの微量元素の過飽和固溶体が多数の微細に分散した二次 Al3 (Sc、Zr、Ti) 粒子に変換されることが促進されます。これが核生成サイトとして機能し、その後の析出 θ " 強化相のサイズが大幅に微細化され、熱暴露条件下での θ " 相から θ 相への変換プロセスが遅延されるため、合金の熱安定性が大幅に向上します。同時に、均質化は、気孔欠陥のオストワルド熟成プロセスを促進し、層間結合領域に密集した鎖状気孔を排除し、合金の破壊モードを微細気孔凝集破壊から理想的な延性破壊に変換し、合金の引張異方性を改善します。

アルミニウム合金アークヒューズの積層造形に関する研究の進歩

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