3D打印网-中国3D打印门户

熱門標簽-網站地圖-注冊-登陸-手機版-投稿 3D打印網,中國3D打印行業門戶網!
當前位置:主頁 > 新聞頻道 > 深度解讀 > 正文

鎂合金增材制造的進展與展望

時間:2023-01-21 23:19 來源:3d科學谷 作者:admin 閱讀:

      近年來,鎂合金的增材制造受到材料界越來越多的重視,增材制造突破了傳統制造的限制,具有高精度、高設計自由度、高利用率與節能等特點。通過對工藝參數的設計,可以調控合金微觀結構和性能,最大化實現合金材料的形性協同設計能力,凈成形制備出傳統制造無法實現的復雜結構產品,擴大鎂合金在生物醫用、汽車、消費電子等領域的應用。然而,要進一步發展鎂合金的增材制造技術,還需要克服許多困難,如增材制造鎂合金產品延展性相對較差、產品一致性不足以及原材料鎂粉的安全與成本等問題。

       近日,澳洲國立大學曾卓然研究員、Nick Birbilis教授聯合湖南大學徐世偉教授、麻省理工學院M. Esmaily博士等人綜述了鎂合金增材制造的最新進展與現狀,討論了相關報道的研究結果結果,包括激光粉末床熔融(LPBF)、燒結、線弧(WAAM)、摩擦攪拌(FSAM)、間接增材制造等方法的工藝特點,以及制備樣品的顯微組織及性能特征等內容,并指出了其面臨的問題和挑戰,為今后鎂合金增材制造技術的發展方向提出了建議。

article_Mg論文鏈接:

https://doi.org/10.1016/j.jma.2022.03.001….

block 激光鎂合金增材制造技術

    在鎂合金的增材制造技術中,研究最廣泛的方法是激光粉末床熔融技術(LPBF),也稱為激光選區熔化技術(SLM),是一種高效的增材制造工藝,用于制造具有高精度和可重復性的復雜3D形狀(圖1),產品通常具有令人滿意的冶金性能(圖2)。在用激光粉末床熔融技術制備鎂合金時,由于Mg的蒸發溫度(1091 °C)相對較低,激光粉末床熔融過程中的溫度通常高于Mg的蒸發溫度,Mg通常會優先蒸發,從而引起Mg合金成分的整體變化。

article_Mg_1圖1 激光粉末床熔融技術制備的“Mg”形狀的點陣結構(由鎂合金WE43制成)

作者等人曾經系統地研究了AZ91合金激光粉末床熔融過程中的蒸發現象,在870 K(AZ91液相線溫度)和2000 K之間的溫度范圍內,Mg的蒸發速率約為Al的4.2×104~ 3.5×1010倍、Zn的54~160倍和Mn的2.3×105~3.5×109倍,同時還建立了數值模型來預測AZ91的成分精度隨輸入能量密度Ev的變化,獲得最佳輸入功率密度為60 J/mm3。過高或過低的Ev都會導致熔池溫度過高,鎂優先蒸發,使合金成分偏離Mg-9Al。在保證合金成分精度的前提下,鎂合金激光粉末床熔融技術的加工窗口相對有限。

article_Mg_2圖2 激光粉末床熔融技術圓柱形和立方體鎂合金樣品

除了蒸發之外,還必須考慮孔隙率,圖3給出了不同工藝參數與相關缺陷的關系示意圖,以及產品密度與輸入能量密度的關系圖。不同合金系之間的最低孔隙率對應的最佳Ev值存在差別。對于Mg-Al合金,最佳Ev在100至200 J/mm3之間。Mg-RE合金則具有更大的加工窗口(50至250J/mm3)實現低孔隙率(<1%),最高相對密度接近全致密,例如99.8%至99.9%,相比之下, Mg-Al基合金的最高相對密度為99.5%,Mg-Zn合金只有當Zn含量非常低(1 wt.%)或高(12 wt.%)時,才能實現高相對密度(∼99%)。

article_Mg_3圖3 (a)加工窗口和相關缺陷示意圖,(b)鎂合金相對密度與激光粉末床熔融技術輸入能量密度的函數關系

可見,合金成分對于實現高密度和低孔隙率也至關重要。增材制造鎂合金的孔隙難以避免,一定程度的孔隙率是可以接受的,但必須避免熱撕裂和開裂。與鑄造和鍛造合金相比,用于增材制造的常用鎂合金系要少得多。目前用于增材制造的商用鎂粉包括純鎂、AZ91和WE43,主要是因為它們的市場需求相對較大,可打印性更好,且具有結構材料和生物醫用材料的特性。

表1 激光增材制造鎂及鎂合金的輸入能量密度、晶粒尺寸、拉伸和電化學性能

article_Mg_4

表1總結了激光粉末床熔融制造鎂合金的拉伸性能,屈服強度通常在200MPa以上,有的達到350MPa,足以滿足大多數結構件的應用。然而,延展性低是一個主要問題,大多數激光粉末床熔融制造鎂合金的延展性小于5%,有些合金甚至沒有任何延展性,難以作為工程材料應用。快速凝固導致的高殘余應力和沿晶界形成的金屬間化合物是破壞延展性的根源。

此外,濺射的粉末或蒸汽會重新沉積在樣品表面,導致部分固結不良或粘結較弱,也不利于樣品延展性。據報道,激光粉末床熔融制造的WE43合金鎂合金擁有迄今為止最高的延展性,達到12.2%。樣品延展性的提高可以通過后續高溫退火處理,或者優化粉末質量、成分和加工工藝。目前,增材制造鎂合金最有前景的應用是可生物降解植入物,激光粉末床熔融制造純鎂和某些鎂合金的電化學耐腐蝕性如表1所示,激光粉末床熔融制造WE43合金的耐腐蝕性遠遜于鑄造合金。相比之下,Mg-Al合金表現出與鑄造合金相似的耐腐蝕性。對于Mg-Zn體系,激光粉末床熔融制造ZK60合金的腐蝕電流密度和析氫速率優于鑄造ZK60合金,但樣品表面腐蝕情況更為嚴重。另外,考慮到激光粉末床熔融制造Mg合金的生物相容性,目前已有大量研究報告了激光粉末床熔融制造WE43合金作為體外支架植入物的生物相容性,未發現來自Mg-RE合金的細胞毒性,但裸材表面劇烈的析氫反應導致局部pH值變化,會損害細胞代謝,這個問題可以通過表面改性來解決。除了WE43合金外,還有關于激光粉末床熔融制造Mg-Nd-Zn-Zr(JDBM)支架植入物的報道,與WE43合金的研究類似。

block 非激光鎂合金增材制造技術

該綜述文章還總結了鎂合金的非激光增材制造技術的相關報道。這些方法包括基于燒結的增材制造,線弧增材制造,基于摩擦攪拌的增材制造和間接增材制造。表2、表3與表4分別列出了基于燒結,線弧和基于摩擦攪拌的增材制造技術制備的鎂及鎂合金性能。

表2 基于燒結的增材制造的鎂及鎂合金的燒結條件、密度、力學和電化學性能

article_Mg_5

表3 線弧增材制造鎂合金的成分,晶粒尺寸和形狀以及拉伸性能

article_Mg_6

表4 基于摩擦攪拌的增材制造的鎂合金的工藝參數、晶粒尺寸、力學性能

article_Mg_7

 

相比之下,激光增材制造技術展示出高尺寸精度,已制備出一系列強度較高的鎂合金,盡管延展性有限,但具有廣闊的發展前景。而非激光增材制造的鎂合金強度中等,相比之下具有可觀的延展性。此外,鎂合金的激光粉末床熔融技術最適合在生物醫學應用,然而該方法在產品尺寸上受限。粘結劑噴射增材制造技術的可擴展性則有助于大規模生產。例如,在汽車工業等大批量行業,但發展相對緩慢,需要更全面的研究來深入了解其打印和燒結行為、微觀結構演變規律、力學和電化學特性。

Implants_Valley鎂合金3D打印在植入物制造中的應用

© 3D科學谷白皮書

block 總結

綜上所述,鎂合金增材制造具有廣闊的前景,通過增材制造技術,可實現包括但不限于:擴展鎂中溶質元素的溶解極限并探索以前不溶的元素(包括過渡金屬)的合金化行為;實現直接生產薄壁、桿部件,制備超輕量級組件;可模擬制備人體骨骼結構的微觀和宏觀的分層多孔結構,用于生物醫學應用的設備和智能組件。

同時,該綜述表明,仍然存在如位錯密度、殘余應力、成分偏析、孔隙等對性能的作用機理(強化機制及對延展性的不利影響),原材料粉末制備工藝及狀態特性、增材制造工藝參數以及后處理等對產品性能的影響,鎂及鎂合金粉末生產安全及一致性等一系列科學、技術及生產實際難題,亟待進一步研究與解決。

(責任編輯:admin)

weixin
評論
發表評論
請自覺遵守互聯網相關的政策法規,嚴禁發布色情、暴力、反動的言論。
評價:
主站蜘蛛池模板: 联想南京总代理-联想服务器|联想电脑笔记本代理商|联想工作站|dell服务器|HP服务器|南京IBM代理商|IBM V5000存储总包销-南京宇宽科技有限公司 | 长春互联网运营值选星广传媒,长春短视频运营,长春新媒体运营,长春互联网运营,长春抖音运营,吉林视频号代运营,吉林快手代运营,短视频推广公司,公众号运营,微博运营,新媒体运营 | 苏州探测器清洗_烟感探头清洗_感烟探测器维修清洗_火灾探测器清洗报价/价格_进口国产消防设备清洗_江苏智淼探测器清洗厂家- | 长型材数控钻孔攻牙机-自动数控热熔钻孔机-东莞市利速数控机械有限公司 | 吸管包装机_塑料杯包装机_纸杯包装机_吸管挤出机_温州恩博机械有限公司 | 卧式球磨机_干法球磨机_尼龙球磨机-无锡市少宏粉体科技有限公司 卧螺离心机-固液分离机-台州春鼎机械制造有限公司 | 模具架,模具货架,抽屉式模具架-模具架厂家 | 围挡厂家_施工围挡_PVC围挡_建筑工程围挡_深圳市旭东钢构技术开发有限公司【官网】 | 上海钧尚电器有限公司 - Faulhaber电机 AMETEK pittman电机 AMETEK ROTRON军用航空风机 Exlar电动缸 MAE电机 MCG电机 CP电动工具 马头工具 AMCI驱动器 直流电机 减速箱 直流伺服电机,无刷电机,直线电机 直流防爆电机 防爆电机 汽车助力转向电机 EPS电机 faulhaber motor faulhaber gearbox NANOTEC电机 ELWOOD电机 PHYTRON电机 EXLAR伺服电动缸 高力矩、高性能直流电机,音圈电机,风机,直流风机,航空风机 | 中国焊接协会网站—中国焊接信息网;焊接行业最权威访问量最大的专业网站:焊接信息、焊接材料,焊接机器,焊接设备,焊机,焊材,辅助设备,焊机配件,仪器仪表,电动工具,钎焊,送丝机,表面处理,自动化专机,焊锡丝,助焊剂 | 河北新鑫矿冶设备有限公司-河北新鑫矿冶设备有限公司 | 蒸汽发生器-电加热蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、燃气蒸汽发生器设备厂家-诺贝思蒸汽发生器 | 威学一百-专注国际学校择校备考-DSE-A-level-雅思-托福-OSSD-港澳台联考-AP-IGCSE-IB-AMC-多邻国-PTE-SAT-SSAT-小语种(如日语,韩语,德语,法语,西班牙语,意大利语,俄语,泰语)等考试培训,为出国留学学生提供个性化定制性学习方案,线下实体面授+线上网络课程, 提供一对一,小班课等多种班型 | 滑动轴承_无油自润滑轴承_复合干式_含油铜套_石墨铜套-嘉善盛元自润滑轴承厂 | 合肥环氧地坪-合肥固化地坪施工-安徽地宽建筑装饰工程有限公司 | 西安外墙防水补漏-堵漏-防腐-保温工程公司-陕西宏图祥瑞实业有限公司 | 烟台通风管道,烟台风机风管,烟台风阀-烟台福莱通风设备有限公司 烟台天昊矿业有限公司、滑石、滑石粉、微细粉、滑石矿-烟台天昊矿业有限公司 | 温湿度记录仪_温度监控_冷链监控云平台_USB/PDF温度记录仪-深圳市鸿睿物联科技发展有限公司 | 汽车衡,进口地磅,地磅厂家,无人值守称重系统丨青岛维特沃斯 | 石家庄UPS_石家庄UPS电源_石家庄广亚电子科技有限公司 | 健力普医疗-半导体激光治疗仪,红外偏振光治疗仪,近红外线治疗仪-独家功能,光疗典范 | 值得信赖的云计算 - 美儿云互联 直饮水设备-纯水设备-软化水设备 - 亿家清泉水处理设备厂家 | 陕西硅酸钙板厂家_西安水泥压力板-陕西凯盛达建材科技有限公司 | 学校洗碗机-郑州洗碗机厂家-商用洗碗机-郑州旭申环保科技有限公司 | 球磨机配件_烘干机配件_回转窑配件_球磨机小齿轮_球磨机大齿轮-巩义市兴农机械制造公司 | 廊坊微信营销,廊坊小程序开发,廊坊APP开发(安卓_苹果ios开发),微信朋友圈广告,百度推广,廊坊网络公司品牌服务商-河北盛秋网络科技有限公司 | 玉米加工机械_玉米深加工机械_玉米加工设备--河南工粮机械设备有限公司 | 十堰急开锁0719-8888139|十堰开锁公司|十堰开锁电话|十堰换锁价格-同福锁城-十堰同福锁城 | 欧艺宝盾科技(北京)有限责任公司_北京旋转门厂家_转门维修_高端商务门控定制 - | 假肢价格-大腿假肢小腿假肢假手指-河南舒捷假肢厂家 | 辽宁闻天香食品有限公司 | 暖通家-中国暖通空调及热泵产业资讯平台,专业为厂家和商家提供价值服务 | 销售系统_营销系统_自动营销软件_b2b营销系统_数字营销平台_AI销售 | 专业的展会信息服务平台 - 展加 专题秀_汇聚网络热门专题_实时报道各类新闻专题资讯 | 威海木箱,威海木托盘,威海免熏蒸包装箱-威海耀晟木制品有限公司 威海华东数控股份有限公司 | 江苏瑞翔电器有限公司-| 空气消毒机厂家-医用空气消毒机-医用空气净化器-山东佳境医疗 | 上海机械网 机械 机械加工 金属加工 上海机械网 机械设备 上海机械 | 环链电动葫芦-群吊电动葫芦-链条电动葫芦-环链葫芦-河北大力起重官方网站 | 自动_链条式_电动推杆_电动开窗器厂家_山东鑫宏玺智能科技有限公司 | 振动筛_直线振动筛_超声波振动筛-新乡市大汉振动机械有限公司 |