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威拉里与上海交通大学合作研发出新型AlSi10Mg粉末

威拉里与上海交通大学合作研发出新型AlSi10Mg(NTD-Al)粉末,经3D打印(SLM)技术加工成工件后,抗拉强度达到530MPa,延伸率达到15.5%,显微硬度达到193HV,性能远高于锻态AlSi10Mg合金材料(抗拉强度360MPa)。

随着工业技术的发展进步,高强度和轻量化已经成为新材料研发过程中不可避免的技术难题之一。高强度,意味着在承受冲击时有较大的抵抗作用;轻量化,意味着在运行过程中可以节约更多的动力。以航空工业为例,高强度保证了飞机的稳定性,在受气流冲击时不易发生变形;而轻量化,则能够保证飞机的载客量更大,续航里程更远。这些技术要求促进了铝合金材料在航空工业中的大量使用。

在NTD-Al的研发过程中,我们的科研团队在传统AlSi10Mg铝合金的基础之上添加超细化的TiB2颗粒,运用气雾化技术制成金属粉末,并通过SLM技术打印成工件。纳米级的TiB2粒子进入Al-Si晶格中并沿晶界分布,对晶界钉扎,强化了材料强度。由于TiB2的熔点高达3200℃以上,因此在常规加热条件下难以熔化,而TiB2抑制晶粒长大的特性促使经过SLM工艺加工的Al-Si晶粒细化,对材料起到了强化作用。

图1 (a)为粉末颗粒形貌;(b)为粉末表面;(c)为粉末金相组织图;(d)为透射电镜明场照片;(b)中白色箭头和(c)中黑色箭头为TiB2颗粒

通过断裂拉伸试验,测得3D打印NTD-Al材料抗拉强度达到530MPa,同传统AlSi10Mg相比,抗拉强度提高了170MPa。

图2 NTD-Al与其他铝基材料的性能对比

图3 NTD-Al的拉伸曲线及断裂韧窝形貌

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