金属顶刊丨增材制造一种抗蠕变的新型铝合金

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顶刊：增材制造一种抗蠕变的新型铝合金

关键词：增材制造；铝合金；高温材料；蠕变；Al-Ce-Ni-Mn合金

本文将介绍美国田纳西州橡树岭国家实验室的研究人员在金属顶刊Acta Materialia (Impact Factor: 9.209) 杂志上发表的论文“A creep-resistant additively manufactured Al-Ce-Ni-Mn alloy”。

当前，增材制造铝合金由于强化相的粗化和晶粒结构细化表现出较差的抗蠕变性。本文提出一种新型的增材制造Al-10.5Ce-3.1Ni-1.2Mn wt.%合金。该合金相对于300-400℃铸造高温铝合金具有出色的抗蠕变性。该合金的抗蠕变性归因于高体积分数(~35%)的亚微米金属间化合物强化相，这些强化相在350°C下可抗粗化数百小时。本文的研究结果表明，增材制造对研发抗蠕变路合金提供了新的途径，增材制造Al-10.5Ce-3.1Ni-1.2Mn wt.%合金可在250-400℃的温度范围内大量使用。

Graphical abstract

铝合金在工业领域的应用非常广泛，特别是利用其导热性和导电性。现在在增材制造领域铝合金的使用也越来越广泛，尤其是在200-450℃温度范围内作为钢和钛合金的替代品，因此了解铝合金在增材制造过程中的蠕变行为非常重要。研究发现Al-2.9Mg 2.1Zr (wt.%)在260℃发生蠕变，在 400 °C 峰值时效处理或 260 °C 蠕变期间原位时效后蠕变的阈值应力减小了65%，从 ∼40 到 ∼14 MPa。美国田纳西州橡树岭国家实验室理查德·A·米奇等研究者发现阈值应力下降是由于晶界颗粒的粗化和随后降低了晶界颗粒的钉扎效应（钉扎效应，是指费米能级不随掺杂等而发生位置变化的效应）导致的晶界滑动。

a 原始材料的树枝晶组织。b-d 450℃下应力消除后的组织球化图。c-d 熔池边界图，可见较大的析出相区域

a-c as-SR微观组织的暗场STEM显微图。d-e 富Ce沉淀物和铝基之间界面的高倍成像。e 样品中富Ce析出物的原子面可见，但铝基析出物的原子面不可见。f 显示在d中成像的整个区域上EDS映射

本文研究的增材制造的Al-10.5Ce-3.1Ni-1.2Mn合金是一种有前途的高温Al合金。通过对微观结构和机械行为的广泛表征，我们得出以下结论：合金的应力消除微观结构很复杂，含有高体积分数（∼35%）的球化亚微米金属间相。通过原子探针断层扫描鉴定至少四种不同的金属间相。观测相的组成与热力学计算一致。铝晶粒大部分是柱状的，与构建方向对齐，晶粒宽∼10μm，长∼100μm。在450°C下进行2小时的应力消除退火会产生耐粗糙的微观结构，因为在无负载退火下，118±29 nm的初始平均沉淀半径在350°C下保持长达200小时不变。在400°C下等温老化200小时后，平均沉淀半径增加17%。在蠕变载荷条件下，粗化阻力略有下降，在350°C下测试312 h后观察到沉淀半径增加37%，在400°C下测试747 h后沉淀半径增加82%。

背散射衍射(EBSD)成像下的Al-Ce-Ni-Mn合金晶粒结构图(虚线表示熔池边界)

丨引用格式

Michi R A , Bahl S , Yang Y , et al. A creep-resistant additively manufactured Al-Ce-Ni-Mn alloy[J]. Acta materialia, 2022, 227: 117699.

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https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.117699

来源：增材制造硕博联盟

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首次发布时间：2023-03-19