01
Papierübersicht
Die Herstellung leichter, hochfester Aluminiumlegierungen mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ist seit langem stark auf teure Legierungselemente-wie Scandium und Zirkonium- angewiesen, um eine hohe Festigkeit zu erreichen. Diese Abhängigkeit hat ihre weitverbreitete industrielle Anwendung stark behindert. Obwohl die Zugabe kostengünstiger Partikel (z. B. TiB2, TiC) bis zu einem gewissen Grad die Kornstrukturen verfeinern und die Festigkeit erhöhen kann, stößt diese Strategie der Einbindung exogener Partikel häufig auf Herausforderungen wie Partikelagglomeration, uneinheitliche Dispersion und schlechte Grenzflächenbindung, was zu mikrostruktureller Inhomogenität und beeinträchtigten mechanischen Eigenschaften führt. Um dieses Problem anzugehen, schlägt die vorliegende Studie eine innovative Strategie vor, die den Bedarf an teuren Elementen überflüssig macht. Durch Nutzung der extremen Temperaturgradienten und laserinduzierten Rückstoßdrücke, die dem LPBF-Prozess innewohnen, gelang den Forschern die *In-Synthese* von dichten und gleichmäßig verteilten MgAlB4-Nanowhiskern innerhalb einer AA2024-Aluminiumlegierungsmatrix. Dieses Papier zielt darauf ab, Erstarrungsrisse und Porosität zu beseitigen-und dadurch eine nahezu vollständige Verdichtung zu erreichen-durch die *in-Erzeugung ein-dimensionaler Nanowhisker vor Ort. Durch die Nutzung des hohen Aspektverhältnisses und der starken Grenzflächenbindung dieser Whiskers zielt die Studie außerdem darauf ab, sowohl die Festigkeit als auch die Duktilität der Legierung erheblich zu verbessern und so die seit langem bestehende Kompromissbarriere zwischen Leistung und Kosten im Bereich der additiven Fertigung von Aluminiumlegierungen zu durchbrechen.
02
Volltextübersicht
Diese Studie befasst sich mit inhärenten Mängeln-wie groben säulenförmigen Körnern, starker Heißrissbildung und hoher Porosität-, die häufig bei kommerziellen hochfesten Aluminiumlegierungen auftreten, die mittels Laser Powder Bed Fusion (LPBF) hergestellt werden, und schlägt einen neuen Weg für die *In{3}}Situ*-Synthese von Whisker--verstärkten Aluminiumlegierungen vor. Durch den Einbau von Spurenmengen an amorphem Borpulver in AA2024-Pulver und die Ausnutzung der schnellen Abkühlgeschwindigkeiten und hohen Schmelzpool-Rückstoßdrücke (bis zu 40 MPa), die für den LPBF-Prozess charakteristisch sind, konnten MgAlB4-Nanowhisker-mit Durchmessern von lediglich 5–15 nm und Aspektverhältnissen von mehr als 20- erfolgreich synthetisiert werden *in-situ* innerhalb der Aluminiummatrix. Als heterogene Keimbildungsstellen führten diese gleichmäßig verteilten eindimensionalen Whisker zu einer Transformation der Kornmorphologie: von groben säulenförmigen Körnern mit einer Breite von mehreren zehn Mikrometern zu ultrafeinen gleichachsigen Körnern mit einer durchschnittlichen Größe von etwa 1,3 bis 1,5 μm. Durch diese Umwandlung wurden Erstarrungsrisse vollständig beseitigt, was zu einer Legierungsdichte von 99,991 % führte. Was die zugrunde liegenden mechanischen Mechanismen betrifft, so erleichterte die durch die Whiskers gebildete quasi{26}}kontinuierliche Netzwerkstruktur nicht nur die Speicherung und Ausbreitung von Versetzungen, sondern ermöglichte es den Versetzungen auch, die Whiskers in einer Richtung senkrecht zu ihren Achsen zu umgehen, wodurch Spannungskonzentrationen effektiv gemildert wurden. Experimentelle Ergebnisse zeigen, dass die Legierung eine Zugfestigkeit (UTS) von etwa 610 MPa und eine gleichmäßige Dehnung von 8,0 % erreicht; Darüber hinaus weist es außergewöhnliche thermomechanische Eigenschaften bei hohen Temperaturen im Bereich von 150 bis 250 Grad auf. Diese Studie bietet eine vielversprechende und skalierbare Lösung für die Entwicklung kostengünstiger Hochleistungsaluminiumlegierungen mittels additiver Fertigung.
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**Visuelle Analyse**
Abbildung 1 veranschaulicht den Herstellungsprozess des MgAlB4w/AA2024-Verbundwerkstoffs und die genaue Charakterisierung seiner inneren Defekte. Die Studie verwendete ein dreidimensionales mechanisches Dispersionsverfahren, um amorphes Borpulver vor dem LPBF-Druck gleichmäßig auf die Oberfläche von AA2024-Pulverpartikeln aufzutragen. Vergleichende 3D-Scans, die mittels Nano-CT erhalten wurden, zeigen deutlich, dass das Innere der unbehandelten, LPBF-hergestellten AA2024-Legierung von makroskopischen Rissen und großen Poren durchzogen ist, die sich entlang der Baurichtung erstrecken, was zu einem Defektvolumenanteil von bis zu 4,698 % führt. Im Gegensatz dazu wurden nach der *In-situ*-Synthese von MgAlB4-Nanowhiskern die inneren Risse innerhalb der Legierung vollständig beseitigt; Es blieb nur eine vernachlässigbare Menge winziger kugelförmiger Poren übrig, wodurch eine nahezu vollständige Verdichtung von 99,991 % erreicht wurde.
