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논문개요
LPBF(레이저 분말층 융합)를 통한 경량의 고강도{0}}알루미늄 합금 제조에서는 고강도 달성을 위해 오랫동안 고가의 합금 원소-스칸듐 및 지르코늄-에 크게 의존해 왔습니다. 이러한 의존성은 광범위한 산업적 적용을 심각하게 방해했습니다. 저렴한-미립자(예: TiB2, TiC)를 추가하면 어느 정도 결정립 구조를 개선하고 강도를 향상시킬 수 있지만, 외인성 입자를 통합하는 이 전략은 종종 입자 응집, 불균일한 분산 및 열악한 계면 결합과 같은 문제에 직면하여 미세 구조의 불균일성과 손상된 기계적 특성을 초래합니다. 이 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 값비싼 요소의 필요성을 없애는 혁신적인 전략을 제안합니다. 연구원들은 LPBF 공정에 내재된 극단적인 온도 구배와 레이저로 유도된 반동 압력을 활용하여 AA2024 알루미늄 합금 매트릭스 내에서 조밀하고 균일하게 분산된 MgAlB4 나노위스커의 *현장{12}} 합성을 달성했습니다. 본 논문의 목표는 1차원 나노위스커의 *실내-생성*을 통해 응고 균열 및 다공성을 제거하여-거의 완전한 치밀화를 달성하는 것-입니다. 또한, 이 연구에서는 이러한 위스커의 높은 종횡비와 강력한 계면 결합을 활용하여 합금의 강도와 연성을 크게 향상시켜 알루미늄 합금 적층 제조 분야에서 성능과 비용 사이에 오랫동안 지속되어 온-상충-장벽을 무너뜨리려고 합니다.
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전문 개요
레이저 분말 베드 융합(LPBF)을 통해 제조된 상업용 고강도 알루미늄 합금에서 일반적으로 발생하는-거친 원주형 입자, 심한 열간 균열 및 높은 다공성-과 같은 고유한 결함을 해결하기 위해 이 연구에서는 위스커-강화 알루미늄 합금의 *현장* 합성을 위한 새로운 경로를 제안합니다.- 미량의 비정질 붕소 분말을 AA2024 분말에 통합하고 LPBF 공정의 빠른 냉각 속도와 높은 용융-풀 반동 압력(최대 40MPa) 특성을 활용하여 직경이 5~15nm에 불과하고 종횡비가 20을 초과하는-MgAlB4 나노휘스커를 성공적으로 합성했습니다. *알루미늄 매트릭스 내의 -원위치*. 이질적인 핵 생성 지점으로 작용하는 이러한 균일하게 분산된 1차원 위스커는 수십 마이크로미터 너비의 거친 원주형 입자에서 평균 크기가 약 1.3~1.5μm인 초미세 등축형 입자로 입자 형태의 변형을 유도했습니다. 이러한 변형으로 응고 균열이 완전히 제거되어 합금 밀도가 99.991%가 되었습니다. 기본 기계적 메커니즘과 관련하여 위스커에 의해 형성된 준-연속 네트워크 구조는 전위의 저장 및 확산을 촉진할 뿐만 아니라 전위가 위스커를 축에 수직인 방향으로 우회하여 응력 집중을 효과적으로 완화할 수 있게 합니다. 실험 결과는 합금이 약 610MPa의 극한 인장 강도(UTS)와 8.0%의 균일한 연신율을 달성한다는 것을 보여줍니다. 또한 150도에서 250도 범위 내에서 뛰어난-온도 열역학적 특성을 나타냅니다. 이 연구는 적층 제조를 통해 저비용, 고성능 알루미늄 합금 개발을 위한 유망하고 확장 가능한 솔루션을 제공합니다.
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**시각적 분석**
그림 1은 MgAlB4w/AA2024 복합재의 제조 공정과 내부 결함의 정확한 특성을 보여줍니다. 이 연구에서는 LPBF 인쇄 전에 AA2024 분말 입자 표면에 비정질 붕소 분말을 균일하게 코팅하기 위해 3차원 기계적 분산 방법을 사용했습니다. Nano-CT를 통해 얻은 비교 3D 스캔은 처리되지 않은 LPBF-가공된 AA2024 합금의 내부에 거시적인 균열과 제작 방향을 따라 확장된 큰 기공으로 가득 차 있어 결함 부피 비율이 4.698%에 달한다는 것을 명확하게 보여줍니다. 대조적으로, MgAlB4 나노위스커의 *in{13}}합성 후에 합금 내의 내부 균열이 완전히 제거되었습니다. 무시할 수 있는 양의 미세한 구형 기공만이 남아 있어 99.991%에 가까운 -완전 치밀화를 달성했습니다.
