综述：增材制造Al–Ce–Mg合金的组织和性能（上） _热力学

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江苏激光联盟导读：
本文对增材制造Al–Ce–Mg合金的组织和性能进行了研究。
摘要：铝合金的增材制造主要由近共晶Al-Si成分主导，这种成分具有高度可焊接性，但其机械性能与传统的锻造铝合金相比，并不具竞争力。此外，汽车和航空领域需要的是具有改善的高温性能和热稳定性的新型铝合金。我们在本研究中考虑了Al–Ce–Mg体系中两种合金的激光粉末床熔融增材制造，即与二元L?→?Al?+?Al11Ce共晶反应相关的近共晶(Al-11Ce-7Mg)和过共晶(Al-15Ce-9Mg)成分。添加镁用于促进固溶强化。对激光扫描方式和扫描策略进行定制，用于减少匙孔孔隙的形成。匙孔孔隙一般是由于镁的高蒸气压导致的过度蒸发引起的。在制备条件下和热等静压后对合金的显微组织和拉伸力学性能进行了表征。这两种合金在凝固组织形态上表现出显著的差异。非平衡凝固结构中的这些变化可通过热力学和热模型的结合加以解释。这两种合金在高达350℃的温度下显示出比Al-10Si-Mg增材制造更高的屈服强度，并且在高温下比增材制造超强铝合金粉末Scalmaloy具有更好的强度保持性。 1. 介绍
增材制造(AM)允许零件生产的几何灵活性，并提供了更大的设计空间，实现了传统制造技术无法生产的复杂冷却通道、网格几何形状和复杂的近净形零件。具体来说，在铝合金中， AM的使用可以减轻航空航天和汽车应用中结构部件的重量。然而，传统的高强度锻造铝合金由于其凝固裂纹倾向，不太适合AM中的复杂热循环。类似于7075和2024的合金成分的增材制造由于凝固裂纹而显示出明显的加工限制。虽然可以在简单零件中对加工参数进行设计来减轻凝固开裂，但是优化的参数不一定适用于复杂的零件。
▲图1用凯勒试剂蚀刻后的成品和热处理的SLM AlSi10Mg样品微结构的显微照片:(a)具有三个独特区域的单一熔体轨迹；(b)熔体轨迹与粗糙胞状区和过渡区的边界；(c)熔池内部具有精细的蜂窝状微结构。不同热处理条件下激光熔覆铝硅合金共晶组织的扫描电镜图像:(d)450℃2h；(e)500℃2小时；(f) 550℃2小时；(g) 450℃2小时+180℃12小时；h) 500℃2小时+180℃12小时；和(I)550℃2小时+180℃12小时。 X轴是激光扫描方向，浅灰色区域是硅颗粒。
传统合金加工的困难导致铝添加剂使用中广泛采用近共晶铝硅，更具体地说是Al–10Si–Mg合金（图1），这些合金表现出优异的铸造性和抗凝固开裂性，但强度比常规锻造合金低得多，并且在高温下强度保持性差。与类似成分的常规加工相比， AM的快速凝固速度导致更高的屈服强度。然而，强度的这种提高归因于铝基体中硅的过饱和，强度的增加会由于高温下的硅沉淀而迅速消散。
传统变形铝合金增材加工中的这些挑战，以及铝硅合金性能的有限性，促使人们研究专门为AM设计的新型铝合金。其中， Al–Ce系统对研究者而言有着独特的吸引力，因为它具有热稳定性和抗铸件凝固开裂性。二元Al–Ce系统在大约10 wt%铈时，在铝和Al11Ce3金属相之间表现出共晶反应，并且近共晶成分导致优异的可铸造性。
▲图2从0到30wt%的Al–Ce二元相图。
Al-Ce二元体系的铸造微观结构已经显示出在到3024 h的高达500 °C的温度下是热稳定的，这可能是由于Ce在FCC-Al基体中的溶解度有限，这减缓了Ostwald熟化（Ostwald ripening ，是Wilhelm Ostwald在1896年发现的的一种描述固溶体中多相结构随着时间的变化而变化的一种现象），并且还显示出蠕变的趋势。增材制造的高凝固速率特性已被证明显著细化了这些合金的微观结构，导致与铸造结构相比更高的硬度。然而，这些合金的强度主要来自于Al11Ce3金属间颗粒的弥散强化，而铝基体相对较软。因此，有很大的设计空间来探索其他合金元素。

综述：增材制造Al–Ce–Mg合金的组织和性能（上）

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