01 Изазови ере - Због своје мале густине, високе специфичне чврстоће и одличне отпорности на корозију, легуре алуминијума су постале незаменљиви структурни материјали у сектору ваздухопловства, аутомобилске индустрије и енергетске опреме. Међутим, пошто модерна индустрија захтева сложене геометрије и високе{3}}перформансе, лаке компоненте, традиционалне методе ливења и машинске обраде суочавају се са основним ограничењима у производњи делова који садрже сложене унутрашње канале, решеткасте структуре и карактеристике танких-зидова. Технологије адитивне производње-посебно Ласер Повдер Бед Фусион (ЛПБФ) и Ласер Дирецтед Енерги Депоситион (ЛДЕД)- нуде револуционарне путеве за превазилажење ових уских грла у производњи. ЛПБФ технологија користи ласерски сноп високе{9}}е енергије за селективно топљење претходно{10}}наложених слојева праха, градећи сложене компоненте са густином већом од 99,5% слој по слој; са типичним брзинама хлађења које достижу ред од 10⁶ К/с, може да произведе презасићене чврсте растворе и ултрафино{13}}зрнасте микроструктуре које су далеко од равнотежних стања очвршћавања. У међувремену, ЛДЕД технологија, која користи синхроно пуњење праха и ласерско топљење, показује јединствене предности у поправци оштећених делова и производњи-конструкционих компоненти великих размера, као и материјала са степеном композиције. Ипак, легуре алуминијума се сусрећу са низом суштинских физичких{17}}металуршких изазова током производње ласерских адитива. На собној температури, легуре алуминијума показују рефлективност већу од 90% за близу-инфрацрвене ласере (таласна дужина: 1070 нм), што доводи до екстремно ниске ефикасности спајања енергије и захтева ласере велике густине-снаге{23}}за успостављање стабилног базена растопа. Површине од легуре алуминијума лако формирају густ оксидни филм (Ал₂О₃) са тачком топљења од 2072 степена -значајно вишом од тачке топљења алуминијумске матрице од 660 степени; фрагменти овог оксидног филма често не успевају да се потпуно истопе унутар базена растопљене, често служе као иницијална места за пукотине и недостатак-дефекта{29}фузије. Што је још критичније, растворљивост водоника у течном алуминијуму (приближно. 0.7 цм³/100г) је далеко већа него у чврстом алуминијуму (приближно. 0.04 цм³/100г); током брзог очвршћавања, презасићени атоми водоника не могу да дифундују на време и уместо тога се акумулирају на интерфејсу чврсте-течности да би формирали језгра мехурића, остављајући на крају металуршке поре у пречнику од неколико до неколико десетина микрометара у пречнику унутар очврснуте микроструктуре. У међувремену, широк опсег температуре очвршћавања (нпр. преко 150 степени за Ал7075) и значајно скупљање при очвршћавању (приближно 6%) алуминијумских легура чине их веома подложним порозности при скупљању и врућем пуцању након што се канали за напајање затворе током завршних фаза очвршћавања базена растопљене; ови проблеми представљају кључне изазове у ЛПБФ обради алуминијумских легура високе{42}}врсте 2ккк и 7ккк серије. Екстремне карактеристике термичког циклуса својствене производњи ласерских адитива-укључују локализоване температуре базена растопљене преко 2000 степени заједно са околним температурама праха и подлоге у распону од собне температуре до 200 степени, што резултира температурним градијентима до 10⁶ К/м-генеришу унутар комплексног поља термичког напрезања; ако се не контролишу, ови напони могу довести до савијања, деформације или чак међуслојног пуцања.
02 Дизајн композиције - На нивоу дизајна композиције, системи легура који се традиционално користе за ливење и ковање често су неприкладни за адитивну производњу. Узимајући за пример легуру АлСи10Мг, њен скоро{4}}еутектички састав даје одличну флуидност током ливења; међутим, под условима брзог очвршћавања ЛПБФ-а, мрежа грубе еутектичке силицијумске фазе делује као извор концентрације напона. Штавише, затезна чврстоћа легуре на 300 степени пада на приближно 10% њене чврстоће на собној{8}}температурној чврстоћи-, што је феномен који се приписује брзом грубости и растварању еутектичке микроструктуре на високим температурама. Сходно томе, развој специјализованих система састава легура алуминијума прилагођених карактеристикама адитивне производње постао је кључни фокус истраживања у овој области.
Истраживање Института за зелену и интелигентну технологију у Цхонгкингу, Кинеска академија наука, открива да додавање количине Сц (0,2–0,4 теж.%) и Зр (0,1–0,3 теж.%) легурама Ал-Мг омогућава *ин ситу* формирање примарне Ал₃(Сц,Зр) фазе наноразмера у фази брзог поретка чврстог процеса са структуром Л₃. Ласер Повдер Бед Фусион (ЛПБФ). Ове фазе показују изузетно ниску неусклађеност решетке (отприлике 1,3%) са -Ал матрицом и служе као високо ефикасна хетерогена места нуклеације, рафинишући величину зрна од десетина микрометара до суб-микрометарске скале. Студија показује да као-изграђена легура Ал-Мг-Мн-Сц-Зр показује карактеристичну бимодалну структуру зрна: област финих једнакоосних зрна (просечна величина ~1,04 μм) и област талине. μм) расте дуж правца изградње у центру базена талине. Ова хетерогена структура зрна произилази из просторних варијација у температурним градијентима и густинама нуклеације унутар базена растопа; ивице имају високе температурне градијенте и обогаћење примарних Ал₃(Сц,Зр) фаза, које промовишу хетерогену нуклеацију, док се центар карактерише снажно усмереним температурним градијентом који фаворизује епитаксијални раст кристала у правцу максималног одвођења топлоте. Нарочито, док је Сц скуп (око 3000 УСД/кг), Зр је релативно јефтин (око 30 УСД/кг); комбиновано додавање ових елемената ствара структуру Ал₃Сц-језгра/Ал₃Зр-љуске која не само да значајно побољшава термичку стабилност фаза ојачања већ и ефикасно смањује трошкове легуре. У међувремену, тим са Шангајског универзитета Јиао Тонг предложио је иновативну стратегију дизајна засновану на деформабилној-трансформабилној еутектичкој наноскели. Одабрали су скоро{30}}еутектички Ал-Ер систем (12,7 теж.% Ер) као моделну легуру, користећи формирање Л1₂-структуриране Ал₃Ер фазе-која показује неусклађеност решетке од само {Ал{3,96% с липовима, са високим системима аб. способност братимљења. Током процеса ЛПБФ штампања, Ал₃Ер се таложи са запреминским уделом од приближно 10,3% у облику континуираног 3Д нано-скелета; овај скелет не само да издржава велике напоне веће од 1300 МПа, већ и олакшава пластичну акомодацију током деформације кроз формирање близанаца деформације и 9Р дугих-уређених структура са дугим{44}}периодима, чиме се фундаментално поништава конвенционални став да су еутектички скелети инхерентно крти. Као-штампана легура Ал-Ер-Мг (РАЕ700) показује границу течења од 632 МПа, која се након директног старења повећава на 707 МПа уз одржавање издужења од 7–10%, што резултира свеобухватним{претходним профилом перформанси који премашује 5}Д од 5} легуре. Поред тога, истраживачки тим на Универзитету Нагоја развио је серију легуре Ал-Фе-Мн-Ти засновану на стратегији „контроле партиционисања елемената“; додавањем Цу и Мн да стабилизују Ал₆Фе фазу и трансформишу је у корисну фазу јачања-и истовремено уводећи Ти који се раздваја у чврсту фазу ради рафинисања зрна до приближно 2,3 μм-легура постиже собну-дужу МП температуру од 390 14–17%, са својствима која остају практично непромењена након 100 сати топлотног излагања на 300 степени.
