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Panoramica della carta
La fabbricazione di leghe di alluminio leggere e ad alta resistenza- tramite Laser Powder Bed Fusion (LPBF) si affida da tempo in larga misura a costosi elementi di lega-come scandio e zirconio-per ottenere un'elevata resistenza; questa dipendenza ha gravemente ostacolato la loro diffusa applicazione industriale. Sebbene l'aggiunta di particolati a basso-costo (ad esempio TiB2, TiC) possa, in una certa misura, affinare le strutture dei grani e aumentare la resistenza, questa strategia di incorporazione di particelle esogene spesso affronta sfide come l'agglomerazione delle particelle, la dispersione non-uniforme e lo scarso legame interfacciale, con conseguente disomogeneità microstrutturale e proprietà meccaniche compromesse. Per affrontare questo problema, il presente studio propone una strategia innovativa che elimina la necessità di elementi costosi. Sfruttando i gradienti di temperatura estremi e le pressioni di rinculo indotte dal laser-intrinseche al processo LPBF, i ricercatori hanno ottenuto la sintesi *in-situ* di nanobaffi MgAlB4 densi e uniformemente dispersi all'interno di una matrice di lega di alluminio AA2024. Questo documento mira a eliminare le crepe e la porosità dovute alla solidificazione-ottenendo così una densificazione quasi completa-attraverso la generazione *in-situ* di nanowhisker unidimensionali. Inoltre, sfruttando le proporzioni elevate e il forte legame interfacciale di questi baffi, lo studio cerca di migliorare in modo significativo sia la resistenza che la duttilità della lega, superando così la barriera di compromesso di vecchia data--tra prestazioni e costi nel campo della produzione additiva delle leghe di alluminio.
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Panoramica del testo completo
Affrontando i difetti intrinseci-come grani colonnari grossolani, gravi cricche a caldo e elevata porosità-comunemente riscontrati nelle leghe di alluminio commerciali ad alta-resistenza fabbricate tramite Laser Powder Bed Fusion (LPBF), questo studio propone un nuovo percorso per la sintesi *in-situ* di leghe di alluminio rinforzate con whisker. Incorporando tracce di polvere di boro amorfo nella polvere AA2024 e sfruttando le velocità di raffreddamento rapide e le elevate pressioni di rinculo del pool di fusione-(fino a 40 MPa) caratteristiche del processo LPBF, i nanowhisker di MgAlB4-possedendo diametri di soli 5–15 nm e proporzioni superiori a 20-sono stati sintetizzati con successo *in-situ* all'interno della matrice di alluminio. Agendo come siti di nucleazione eterogenei, questi baffi unidimensionali uniformemente dispersi hanno indotto una trasformazione nella morfologia dei grani: da grani colonnari grossolani di decine di micrometri di larghezza a grani equiassici ultrafini con una dimensione media di circa 1,3-1,5 μm. Questa trasformazione ha eliminato completamente le crepe di solidificazione, ottenendo una densità della lega del 99,991%. Per quanto riguarda i meccanismi meccanici sottostanti, la struttura a rete quasi-continua formata dai baffi non solo ha facilitato l'immagazzinamento e la proliferazione delle dislocazioni, ma ha anche consentito alle dislocazioni di aggirare i baffi in una direzione perpendicolare ai loro assi, mitigando così efficacemente le concentrazioni di stress. I risultati sperimentali dimostrano che la lega raggiunge un carico di rottura a trazione (UTS) di circa 610 MPa ed un allungamento uniforme dell'8,0%; inoltre, presenta eccezionali proprietà termomeccaniche alle alte-temperature nell'intervallo compreso tra 150 e 250 gradi. Questo studio offre una soluzione promettente e scalabile per lo sviluppo di leghe di alluminio a basso-costo e ad alte prestazioni tramite la produzione additiva.
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**Analisi visiva**
La Figura 1 illustra il processo di fabbricazione del composito MgAlB4w/AA2024 e la precisa caratterizzazione dei suoi difetti interni. Lo studio ha utilizzato un metodo di dispersione meccanica tridimensionale per rivestire uniformemente la polvere di boro amorfo sulla superficie delle particelle di polvere AA2024 prima della stampa LPBF. Scansioni 3D comparative ottenute tramite Nano-CT rivelano chiaramente che l'interno della lega AA2024 non trattata, fabbricata con LPBF-, è crivellato di crepe macroscopiche e pori di grandi dimensioni che si estendono lungo la direzione di costruzione, risultando in una frazione di volume del difetto pari al 4,698%. Al contrario, in seguito alla sintesi *in-situ* dei nanowhisker di MgAlB4, le crepe interne alla lega sono state completamente eliminate; è rimasta solo una quantità trascurabile di minuti pori sferici, ottenendo così una densificazione quasi-completa del 99,991%.
