01 Ajastu väljakutsed - Madala tiheduse, suure eritugevuse ja suurepärase korrosioonikindluse tõttu on alumiiniumisulamitest saanud asendamatud konstruktsioonimaterjalid kosmose-, auto- ja energiaseadmete sektoris. Kuna aga kaasaegse tööstuse nõudlus keerukate geomeetriate ja suure jõudlusega, kergekaaluliste komponentide järele tõuseb, seisavad traditsioonilised valu- ja töötlemismeetodid silmitsi põhjapanevate piirangutega keerukate sisekanalite, võrestruktuuride ja õhukeseseinaliste omadustega osade valmistamisel. Lisatootmistehnoloogiad-eelkõige Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ja Laser Directed Energy Deposition (LDED)-pakkuvad revolutsioonilisi viise nendest tootmise kitsaskohtadest ülesaamiseks. LPBF-tehnoloogia kasutab suure -energiaga laserkiirt, et sulatada selektiivselt-eelsadestatud pulberkihte, ehitades keerukaid komponente tihedusega üle 99,5% kihtide kaupa; tüüpilise jahutuskiirusega 10⁶ K/s, võib see toota üleküllastunud tahkeid lahuseid ja ülipeeneid{13}}teralisi mikrostruktuure, mis on tasakaalust tahkestumisest kaugel. Samal ajal näitab sünkroonset pulbrisöötmist ja lasersulatamist kasutav LDED-tehnoloogia ainulaadseid eeliseid kahjustatud osade parandamisel ning suuremahuliste konstruktsioonikomponentide ja koostiselt sorteeritud materjalide valmistamisel. Sellegipoolest seisavad alumiiniumisulamid silmitsi laserlisandite tootmisel rea loomulike füüsikaliste{17}}metallurgiliste väljakutsetega. Toatemperatuuril on alumiiniumisulamite peegeldusvõime üle 90% lähiinfrapunalaserite puhul (lainepikkus: 1070 nm), mille tulemuseks on äärmiselt madal energiaühendustõhusus ja stabiilse sulamikogumi loomiseks on vaja suure -võimsusega-lasereid. Alumiiniumsulamist pinnad moodustavad kergesti tiheda oksiidkile (Al2O3), mille sulamistemperatuur on 2072 kraadi -}, mis on oluliselt kõrgem kui alumiiniummaatriksi 660 kraadi sulamistemperatuur; selle oksiidkile fragmendid ei sula sageli sulamisbasseinis täielikult, toimides sageli pragude tekkekohana ja -sulandumisdefektide puudumisel. Veelgi kriitilisem on see, et vesiniku lahustuvus vedelas alumiiniumis (umbes . 0.7 cm³/100 g) on palju suurem kui tahkes alumiiniumis (umbes . 0.04 cm³/100 g); kiire tahkumise ajal ei saa üleküllastunud vesinikuaatomid õigel ajal välja difundeeruda ja akumuleeruvad tahke -vedeliku piirpinnale, moodustades mullide tuumad, jättes lõpuks maha metallurgilised poorid, mille läbimõõt ulatub mõnest kuni mitmekümne mikromeetrini tahkunud mikrostruktuuri. Samal ajal muudavad alumiiniumisulamite lai tahkestumise temperatuurivahemik (nt Al7075 puhul üle 150 kraadi) ja märkimisväärne tahkestumise kokkutõmbumine (ligikaudu 6%) need väga vastuvõtlikuks tahkumise kokkutõmbumise poorsusele ja kuumpragunemisele, kui toitekanalid sulgumisbasseini tahkumise lõppfaasis sulguvad; need probleemid kujutavad endast peamisi väljakutseid kõrgtugevate 2xxx- ja 7xxx-seeria alumiiniumsulamite LPBF-töötlemisel. Laserlisandite tootmisele omased äärmuslikud termilised tsüklilised omadused-, mis hõlmavad lokaalseid sulamisbasseini temperatuure üle 2000 kraadi koos ümbritseva pulbri ja substraadi temperatuuridega toatemperatuurist 200 kraadini, mille tulemuseks on temperatuurigradientid kuni 10⁶ K/m-, tekitavad kompleksse komponendi termilise pinge väljad; kui neid pingeid ei kontrollita, võivad need põhjustada kõverdumist, deformatsiooni või isegi kihtidevahelist pragunemist.
02 Kompositsioonikujundus - Kompositsioonikujunduse tasandil ei sobi tavaliselt valamisel ja sepistamisel kasutatavad sulamisüsteemid sageli lisaainete tootmiseks. Võttes näiteks sulami AlSi10Mg, annab selle peaaegu-eutektiline koostis valamise ajal suurepärase voolavuse; LPBF-i kiire tahkumise tingimustes toimib jäme eutektiline ränifaasi võrk aga stressikontsentratsiooni allikana. Lisaks langeb sulami tõmbetugevus 300 kraadi juures ligikaudu 10%ni selle toatemperatuuri -tugevusest-, mis on tingitud eutektilise mikrostruktuuri kiirest jämestumisest ja lahustumisest kõrgetel temperatuuridel. Sellest tulenevalt on lisandite valmistamise omadustele kohandatud spetsiaalsete alumiiniumisulamite koostissüsteemide väljatöötamine muutunud selle valdkonna uurimistöö keskmeks.
Hiina Teaduste Akadeemia Chongqingi Rohelise ja Intelligentse Tehnoloogia Instituudi uuringud näitavad, et Sc (0,2–0,4 massiprotsenti) ja Zr (0,1–0,3 massiprotsenti) lisamine Al-Mg sulamitele võimaldab *in situ* moodustada nanomõõtmetes primaarsed Al₃ (Sc, Zr₂) kiire faaside tahke struktuuriga protsessid. Powder Bed Fusion (LPBF). Nendel faasidel on äärmiselt väike võre mittevastavus (ligikaudu 1,3%) -Al-maatriksiga ja need toimivad väga tõhusate heterogeensete tuumade tekkekohtadena, täpsustades tera suurust kümnetest mikromeetritest kuni sub-mikromeetri skaalani. Uuring näitab, et -ehitatud Al-Mg-Mn-Sc-Zr-sulamil on iseloomulik bimodaalne teraline struktuur: peente samateljeliste terade piirkond (keskmine suurus ~1,04 μm) sulamisala servade 1 ja tera suurus 2 μm), mis kasvab piki ehitussuunda sulamisbasseini keskel. See heterogeenne teraline struktuur tuleneb temperatuurigradientide ja tuumade tiheduse ruumilistest erinevustest sulamisbasseinis; servadel on kõrged temperatuurigradiendid ja primaarsete Al₃ (Sc, Zr) faaside rikastamine, mis soodustavad heterogeenset tuuma moodustumist, samas kui keskpunkti iseloomustab tugevalt suunatud temperatuurigradient, mis soodustab epitaksiaalset kristallide kasvu maksimaalse soojuse hajumise suunas. Märkimisväärne on see, et kuigi Sc on kallis (umbes 3000 $/kg), on Zr suhteliselt odav (umbes 30 $/kg); nende elementide kombineeritud lisamine loob Al₃Sc-südamiku/Al₃Zr-kestastruktuuri, mis mitte ainult ei suurenda märkimisväärselt tugevdusfaaside termilist stabiilsust, vaid vähendab tõhusalt ka sulamikulusid. Samal ajal on Shanghai Jiao Tongi ülikooli meeskond pakkunud välja uuendusliku disainistrateegia, mis põhineb deformeeritaval-transformeeritaval eutektilisel nanokarkassil. Nad valisid mudelisulamiks peaaegu -eutektilise Al-Er süsteemi (12,7 massiprotsenti Er), kasutades L1₂-struktureeritud Al₃Er faasi- moodustumist, mille võre mittevastavus on ainult 3,96}}} Al- ja kõrge {{3 lipp-i. võimekust. LPBF-printimise käigus sadestub Al₃Er ruumalaosaga ligikaudu 10,3% pideva 3D nano-skeleti kujul; see skelett ei talu mitte ainult suuri pingeid, mis ületavad 1300 MPa, vaid hõlbustab ka plastilist kohandumist deformatsiooni ajal deformatsioonikaksikute ja 9R pikkuse -perioodiga järjestatud struktuuride moodustumise kaudu, muutes seeläbi põhimõtteliselt ümber tavapärase seisukoha, et eutektilised skeletid on oma olemuselt rabedad. As-prinditud Al-Er-Mg sulami (RAE700) voolavuspiir on 632 MPa, mis tõuseb pärast otsest vanandamist 707 MPa-ni, säilitades samal ajal 7–10% pikenemise, mille tulemuseks on kõikehõlmav jõudlusprofiil, mis ületab kõik varem teatatud 5oys.3D. Lisaks töötas Nagoya ülikooli uurimisrühm välja Al-Fe-Mn-Ti sulami seeria, mis põhines "elementide jaotamise juhtimise" strateegial; lisades Cu ja Mn, et stabiliseerida Al₆Fe faas ja muuta see kasulikuks tugevdamise faasiks,{60}}samal ajal kui Ti, mis jaotub tahkeks faasiks, et rafineerida terad ligikaudu 2,3 μm-ni, saavutab sulam toatemperatuuril -toatemperatuuril tõmbetugevuse 190 MPa ja 3 490 MPa. omadused jäävad praktiliselt muutumatuks pärast 100 tundi termilist kokkupuudet 300 kraadi juures.
