Scripta Materialia：激光粉末床熔合Cu

张熙熙

一、光粉 【导读】 

增材制作(AM)有限的末床适用合金数目严正拦阻了该技术的普遍运用。，熔合因此需要高通量措施妨碍成份筛选。光粉其中，末床直接能量聚积(DED)以及激光粉末床熔融(LPBF)技术已经被用于运用混合粉末(而非繁多规范的熔合预合金粉末)构建成份梯度合金，这些技术可能快捷魔难多种成份的光粉可打印性，宏不雅妄想以及机械功能。末床

在LPBF中，熔合成份梯度可能妄想成滑腻不断的光粉，也可能妄想成蹊径式的末床。其中蹊径式的熔合妄想措施仍有较多掣肘，好比i）为确保成份平均，光粉成份粉末需要延迟短缺混合，末床需要破费大批光阴。熔合ii）为防止成份的猛然变更导致的台阶界面开裂。可能需要对于LPBF配置妨碍更正，将给粉零星从牢靠的供料仓刷新为具备多个差距粉仓的挪移料斗，难度较大。iii）缺少适量的混合会导致宏不雅的化学偏析。由于对于波长大于1µm(LPBF中最罕用的波长)的激光用具备较高的反射率，热导率以及易组成氧化物，运用LPBF制作铜及其合金极具挑战性。因此，有需要探究保障铜合金坚贞打印的最低合金含量。

二、【下场掠影】

克日，南洋理工大学Siyuan Wei，新加坡质料钻研与工程钻研所迷信、技术与钻研局Pei Wang妄想了一种重大实用的成份梯度合金制备措施，并乐成制备出了Ni含量在0.6 ~ 9.8 wt.%规模内的平均梯度二元Cu-Ni合金。这些合金在妄想以及功能上都有紧张的运用，而且运用LPBF制作的Cu-Ni合金在可印刷性、宏不雅妄想以及机械功能上仍有极大的探究空间。经由制备具备不断成份梯度的合金比照于随机成份合金，可能更精确地取患上临界合金元素Ni的含量。在此根基上，钻研者接管LPBF制备了详细组成为Cu-7.6Ni-3Al (wt.%)的合金，并对于其妨碍了时效表征。

相关钻研使命以“Laser powder bed fusion of a Cu-Ni-Al alloy using the compositional grading approach”为题宣告在国内顶级期刊Scripta Materialia上。

 三、【中间立异点】

接管改善的激光粉末床熔合(LPBF)技术制备了一种成份梯度的Cu-Ni合金。经由对于从中提取的样品妨碍显微机关以及力学表征，判断了削减7.6 wt.%Ni的Cu-Ni合金是运用LPBF取患上无裂纹以及挨近全致密的试样所需的最小值。随后，在Cu-7.6 wt.%合金中退出3wt .% Al，使LPBF Cu-Ni-Al合金在时效历程中析出Ni₃Al，从而耗尽基体中的溶质Ni原子，同时后退了合金的强度以及导电性。揭示了经由制组成份梯度合金以及随后的合金妄想以取患上最佳功能组合来高通量筛选适宜LPBF的合金的后劲。

 四、【数据概览】

图1 (a)本钻研中用于制备成份梯度的Cu-Ni合金的LPBF装置展现图。(a)接管(b)工艺制备的Cu-Ni合金。标志出构建倾向(BD)、梯度倾向(GD)以及横向倾向(TD)。  © 2023 Acta Materialia Inc.

图2 运用EDS线扫描妨碍表征的沿(a)梯度倾向(GD)、(b) 构建倾向(BD)以及(c)横向倾向(TD)绘制梯度样条理置的Ni含量图。(a)中的插图是Cu(红色)以及Ni(蓝色)的代表性EDS映射，以及二次电子图像。(d)运用电子背散射衍射(EBSD)取患上的0.六、4.6以及7.6 wt.% Ni样品的逆极图(IPFs)。每一张图片都标注了Ni的含量© 2023 Acta Materialia Inc.

图3 (a)硬度以及电导率随Ni含量的变更。(b) 6种Cu-Ni合金的工程应力-工程应变图，每一个图临近都标有Ni含量，单元为wt.%。插图是5.5以及7.6 wt.% Cu-Ni样品断口的代表性二次电子图像。  © 2023 Acta Materialia Inc.

图4 (a) Cu-7.6Ni-3Al样品具备代表性的后向散射电子图像。(b)热处置光阴差距的Cu-7.6Ni-3Al样品的硬度以及电导率。(c) Cu-7.6Ni以及Cu-7.6Ni- 3al样品(打印、时效4 h以及时效24 h)的工程应力-应变图。© 2023 Acta Materialia Inc.

图5 (a) AP样品的扫描透射电子显微镜(STEM)亮场(BF)图像以及(b)其对于应的选定地域电子衍射图(SAED)方式。(c-d)老化4 h样品的STEM-BF、SAED以及TEM-暗场(DF)图像。(f-h) 24h老化样品的STEM-BF、SAED以及TEM-DF图像。请留意，(e)以及(h)的DF图像分说运用(d)以及(g)中黄色圆圈突出的点取患上。在每一个SAED方式中标志地域轴。

五、【下场开辟】

在LPBF中运用改善的粉末提供零星制备了Ni含量在0.6 ~ 9.8 wt.%之间的成份梯度Cu-Ni合金。从梯度合金中提取的样品的显微机关以及力学特色表明，在Cu中削减最小的7.6 wt.%的Ni是制作无裂纹以及挨近全致密合金的需要条件。Cu-7.6 wt.%合金具备精采的强度以及延展性，但其体电阻较差。因此，退出3wt .%的Al，在LPBF后时效历程中组成Ni₃Al析出物，清晰后退了硬度、强度以及导电性。除了析出硬化外，位错密度以及氧化物颗粒的削减也有助于LPBF以及时效合金的强度。

原文概况：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646223001653

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