ORNL用鋁合金3D打印活塞，在全尺寸發(fā)動機(jī)中測試

來源：蓋世汽車

據(jù)外媒報道，橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室(Oak Ridge National Laboratory，ORNL)的研究人員采用增材制造(3D打印)的方法制成一種輕質(zhì)鋁合金，并在300℃環(huán)境下展示了其抵抗蠕變或變形的能力。

增材鋁合金微觀形貌 (圖片來源：ORNL)

在汽車、航空航天、國防和太空應(yīng)用中，可以正常工作的材料通常需要耐高壓和高溫。而ORNL研發(fā)的由鋁和鈰和等其他金屬構(gòu)成，使用激光粉末床系統(tǒng)打印制成。該系統(tǒng)通過一次沉積一層薄薄的材料，以獲得精確的結(jié)果。研究人員打印了出由合金制成的活塞，并用于全尺寸發(fā)動機(jī)。打印的活塞將在四缸渦輪增壓發(fā)動機(jī)內(nèi)進(jìn)行額外測試。

增材鋁合金微觀形貌 (圖片來源：ORNL)

ORNL成員Ryan Dehoff博士表示：“使用粉末床3D打印使合金在微觀結(jié)構(gòu)中快速凝固成細(xì)小、穩(wěn)定的強(qiáng)化顆粒，從而產(chǎn)生我們測量到的顯著高溫抗蠕變性。我們有預(yù)計會得到顯著改進(jìn)，但仍然對該合金表現(xiàn)出的強(qiáng)度和穩(wěn)定性感到驚訝�！�

研究背景如下：

通過采用增材制造(AM)，零部件生產(chǎn)可具有更大的幾何靈活性和設(shè)計空間，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜冷卻通道、網(wǎng)格幾何形狀和復(fù)雜的近凈形狀零件，而這些是傳統(tǒng)制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。具體而言，在鋁合金中，使用AM可以減輕航空航天和汽車應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)部件的重量。然而由于具有凝固開裂的傾向，傳統(tǒng)的高強(qiáng)度鍛造鋁合金不適用于AM的復(fù)雜熱循環(huán)。

例如，由于凝固開裂，類似于7075和2024的合金成分的AM顯示出明顯加工限制。雖然可以通過在簡單零件(例如立方體)中仔細(xì)設(shè)計加工參數(shù)以減輕凝固裂紋，但優(yōu)化參數(shù)不一定會轉(zhuǎn)化為復(fù)雜零件。

傳統(tǒng)合金加工的困難導(dǎo)致鋁添加劑社區(qū)廣泛采用近共晶Al-Si，具體而言是Al-10Si-Mg合金。這些合金表現(xiàn)出優(yōu)異的可鑄性和抗凝固開裂性，但強(qiáng)度比傳統(tǒng)的可鍛合金低得多，且在高溫下強(qiáng)度保持性差。

由于在傳統(tǒng)鍛造鋁合金增材制造過程中出現(xiàn)的上述問題，以及鋁硅合金的有限性能，人們開始對專為增材制造而設(shè)計的新型鋁合金進(jìn)行研究。其中，Al-Ce體系因其高熱穩(wěn)定性和抗鑄件凝固裂紋能力而備受關(guān)注。