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找寻BMG在L-PBF加工通过中的晶化举措为晶相和非晶相共存的金属玻璃复合原料定制微观结构
时间:2022-09-11 05:08 点击次数:58

  非晶态金属(BMG)集众多精良功能于一身,如高强度、高硬度、耐磨以及耐腐蚀 等。这些精良的效力使其在航空航天、汽车船舶、装甲提防、仔细仪器、电力、 能源、电子、生物医学等规模都生计通俗的运用前景。

  选区激光熔融金属3D打印能力(L-PBF或SLM) 获利于其凝集前沿极高的冷却速率和近净成形本事,已经被用于筑设块状金属玻璃(BMG)部件。可是,用守旧的实施试错法来必定针对特定质地和特定刻板的工艺参数既耗时又尊贵。指日,来自德国埃尔朗根-纽伦堡大学金属原料寻求所的杨泽荣等人兴办了一种可能预测BMG在L-PBF加工原委中晶化举措的模型,并且该模型取得了执行究竟的成功验证。

  遵从3D科学谷的市集考虑,非晶态金属投入交易化从2017年下手依旧成为金属增材创设界的热门话题。金属玻璃(非晶态闭金)能够在其原子形成完全其他们金属共有的晶格机关之前从液态速快冷却为固态。原子像玻璃类似随机陈列,授予了玻璃和金属的质地特性。按照它们的组成元素——平常征采锆、钛和铜——金属玻璃可能十分坚实,而且原由它们不是结晶的,于是金属玻璃是有弹性的。

  金属玻璃(非晶态金属)另有另一个特性,这些合金的安顿具有低熔点,情由要成立金属玻璃,必要让关金冷却得比结晶疾度速,这种低熔点,加上它们的固有强度以及它们的体积在固化时简直没有变更的结果,这能够大大降造齿轮等零件的成本。

  但是,金属玻璃(非晶态金属)的创造是充裕搬弄的始末,特殊是广泛须要高于其熔解温度,并赶忙冷却,使其防止结晶,从而造成的非晶态金属玻璃。成立过程需要绝顶的冷却速度,并限度了它们也许造成的厚度,源由较厚的个人很难被马上冷却。

  贺利氏在2019年4月初发布了我经历SLM (选区激光融解)3D打印才干制造的非晶态金属齿轮。贺利氏暗示是当时为止全球最大的非晶态金属部件,我正在突破非晶态金属的筑筑周围,为建设业垦荒非晶态金属的簇新安顿能够性。贺利氏创筑的3D打印非晶态金属齿轮采用拓扑优化布局,与守旧修设工艺比较,齿轮重量可能减轻50%。贺利氏经历SLM 3D打印手艺,在非晶态金属齿轮的尺寸和宗旨芜杂性方面从新定义了传统妙技的限制,转移了这类材料的预备不妨性。

  基于对AMZ4的等温结晶动力学寻求,推导并得到了Nakamura晶化模型所需的参数。发轫的验证实验是在AMZ4非晶板材进步行的。经过用激光一再单轨迹扫描非晶基板,观望到晶化区(或热感受区,HAZ)出方今熔池周围,并且随着激光扫过次数的添补,晶化区渐渐填补。图 1浮现了师法预测的结晶度和纳米压痕试验确定的微观力学效力(硬度和杨氏模量)的比拟。图 1(c)映现效仿坚信的熔池/HAZ鸿沟、晶化区厚度都与推行值基础匹配。图 2显露了不同重熔次数下模拟展望和施行勘测的HAZ尺寸的比较,仿效终于得到了进一步的验证。

  图 3 经验对分化成分温度汗青的探求,寻找了区别身分据有分歧结晶度的泉源。

  图4浮现了因袭瞻望的分化激光功率和激光速度下L-PBF创建的AMZ4零件的结晶度。基于图4的因袭毕竟,图 5浮现了怎么经过仿真因袭来信任L-PBF加工AMZ4的工艺窗口。

  图4模仿预测的分裂激光功率和激光速度下L-PBF 创制的 AMZ4零件的结晶度

  该琢磨以一种锆基块状金属玻璃AMZ4为例,将Nakamura晶化模型与L-PBF的源委仿制结关,注意地研究了AMZ4在L-PBF经历中的非等温结晶手脚。论文给出了Nakamura模型参数的一定技巧和数值完毕手腕。该模型已在物色人员自助创修的仿效框架软件SAMPLE2D中完结。基于SAMPLE2D的仿照终究,探寻人员切磋了 AMZ4 的 L-PBF 工艺窗口,进而解释了该仿照仿真器械的资产化操纵前景。

  纵使本文基于AMZ4,但本文树立的仿效东西和妙技看待其全部人块状金属玻璃质地也具有普适性。别的,该模拟软件也可能在加工经历中帮助驾驭肆意地位的结晶度,从而为晶相和非晶相共存的块状金属玻璃复关质地定制微观构造。

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