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0 近日，中國科學院金屬研究所的馬宗義、肖伯律研究員團隊在《JMST》上發表了一篇論文，研究的是增材制造超高強鋁合金。這個研究很重要，因為現在在航空航天和汽車工業里，用增材制造技術生產鋁合金構件很有前景，但高強度鋁合金很容易出現裂紋，而且目前的商業鋁合金在200到450攝氏度這個溫度范圍里，沒辦法用在結構部件上，這就有了技術空白。所以，研究團隊就想設計一種高性能的高溫鋁合金，用在激光粉末床熔化技術上，好填補傳統鋁合金和鈦合金之間的差距。
研究團隊采用激光粉末床熔化技術，制備了Al-Fe-V-Si-Sc合金。他們通過調整激光工藝參數，成功制備出了無裂紋且接近完全致密的樣品。這個過程的冷卻速率特別高，大約在10?到10?K/s之間，這使得合金中形成了多尺度的相。在粉末制備階段，他們用氣霧化技術制備了預合金化的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si-0.3Sc粉末。在打印過程中，用Renishaw AM400機器來操作，還用高速攝像機監測熔池的穩定性。樣品打印出來后，在325攝氏度下人工時效2小時，然后空冷。
為了研究合金的微觀結構，他們用了很多先進的技術，比如光學顯微鏡、掃描電子顯微鏡、電子背散射衍射、透射電子顯微鏡和原子探針斷層掃描等。這些技術可以幫助他們詳細了解合金內部的結構。在力學性能測試方面，他們進行了室溫和高溫拉伸試驗，測量了硬度和屈服強度等性能指標。這些測試結果對于評估合金的性能非常重要，能夠幫助他們判斷這種合金是否達到了預期的設計目標。
研究結果很讓人驚喜。在熔池中心形成了晶態和非晶態的復合結構，在熔池邊界還形成了多種納米級的析出相。這些結構讓合金的強度大幅提升。在室溫下，合金的抗拉強度達到了865 MPa，屈服強度為649 MPa，這已經是非常高的強度了。而且在20攝氏度到400攝氏度的溫度范圍內，合金的高溫強度和熱穩定性都非常好。這些性能的提升，主要是因為非晶態和晶態的協同變形、高密度的ScV原子團簇、多種析出相的協同作用，以及異質變形誘導硬化等機制共同作用的結果。
通過添加Sc元素，有效抑制了熱裂紋的形成，同時提高了合金的高溫性能。這個研究為高性能鋁合金的設計提供了新的思路，特別是在航空航天領域的高溫應用中，意義重大。通過優化激光粉末床熔化工藝參數，成功制備了無裂紋、高致密的鋁合金，這為增材制造技術在復雜構件制造中的應用提供了有力支持，也為相關領域的材料研究和應用開辟了新的道路。
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