凈化再生鋁 增材制造Al-Ce-Mg合金性能研究

來源： 特種鑄造

作為功能材料和結(jié)構(gòu)材料的替代元素，稀土Ce含量豐富，價格相對低廉，可以替代更昂貴的材料，展示出在一系列新型Al合金中作為主要合金元素的潛力。與傳統(tǒng)鋁合金相比，Al-Ce合金表現(xiàn)出較高的極限強(qiáng)度、可鑄造性和熱穩(wěn)定性而備受關(guān)注。Al-Ce金屬間化合物與Mg、Si、Fe和Cu相容形成三元或四元相，提高了高溫下的流動性、可鑄造性和力學(xué)性能。此外，Al-Ce基合金具有良好的流動性和鑄造性，能夠減少熱撕裂和開裂，因此被認(rèn)為是增材制造的良好候選合金。研究證明，Al-Ce二元合金具有優(yōu)異的增材制造成形性，鑄件無裂紋和明顯的孔隙。



Ti和Mn通常用于鋁合金的晶粒細(xì)化，但鋁廢料的提純難度給回收帶來了很大的挑戰(zhàn)。Ce具有很高的化學(xué)活性，易與Ti或Mn形成三元亞穩(wěn)相，這可能會影響Al-Ce基合金的力學(xué)性能。

目前對Al-Ce基合金中雜質(zhì)和力學(xué)性能的研究鮮有報道。基于此，中山大學(xué)孟凡強(qiáng)教授及其團(tuán)隊采用定向能沉積增材制造和傳統(tǒng)的熱擠壓工藝制備了Al-Ce-Mg塊體試樣，旨在探討Ti和Mn雜質(zhì)對Al-Ce-Mg試樣顯微組織和力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果以題為“The effect of minor Ti and Mn additions on the microstructure and mechanical properties of additive manufactured Al–Ce–Mg alloys”發(fā)表于期《Journal of Materials Science》。

結(jié)果顯示，ACM和ACM-Ti粉末均具有良好的成形性，適合定向能沉積加工。由于定向能沉積增材制造的凝固速度較慢，導(dǎo)致Al11Ce3顆粒的平均尺寸比熱擠壓試樣大，因此AM ACM試樣的抗拉強(qiáng)度較低，伸長率較高。Ti和Mn的加入促進(jìn)了薔薇狀A(yù)l20Ce(Ti, Mn)2相的形成，顯著降低了Al-Ce-Mg合金的伸長率。AM過程中，裂紋傾向于在脆性枝晶Al20Ce(Ti, Mn)2顆粒周圍萌生和擴(kuò)展。