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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
磁場輔助金屬增材制造
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激光增材制造可以為定制的、形狀復(fù)雜的產(chǎn)品制備開辟新途徑，并有潛力重新定義制造業(yè)。但仍存在著合金牌號(hào)選擇有限、材料性能各向異性明顯、組織缺陷難控制、生產(chǎn)效率低和粗糙度高等諸多問題。這些問題引起了研究人員的廣泛關(guān)注和研究。磁場作為一種非接觸物理能量場，可對(duì)金屬材料制備過程的物理變化和化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生影響，因而被用來控制其中的變化或反應(yīng)過程。上海交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院凝固科學(xué)與技術(shù)研究所董安平研究員、杜大帆助理教授在該領(lǐng)域取得系列進(jìn)展。近日，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多個(gè)國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)在機(jī)械類頂刊International Journal of Machine Tools and Manufacture（中科院工程類1區(qū)，即時(shí)影響因子12.858）發(fā)表“Review on field assisted metal additive manufacturing”長篇綜述。全文共3.5萬字，是目前論述該研究領(lǐng)域最全面的綜述，涵蓋了磁場、聲場、溫度場、機(jī)械場、電場和耦合場對(duì)金屬增材制造過程的影響，并對(duì)外場輔助金屬增材制造提出指導(dǎo)性建議。 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2023.104032 01.jpg 在此之前，該團(tuán)隊(duì)探索了靜磁場下的AlSi10Mg合金的選區(qū)激光熔化過程凝固組織演化機(jī)理與力學(xué)性能變化，發(fā)現(xiàn)施加0.12 T靜磁場可導(dǎo)致熔池內(nèi)枝晶間距的減小，細(xì)化晶粒，減少孔隙并提高AlSi10Mg合金力學(xué)性能。上述結(jié)果以Influence of static magnetic field on microstructure and mechanical behavior of selective laser melted AlSi10Mg alloy為題發(fā)表于Materials and Design（中科院材料1區(qū)，影響因子9.417）論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.107923。進(jìn)一步地，團(tuán)隊(duì)通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法探索了靜磁場下選區(qū)激光熔化過程較大能量密度范圍內(nèi)微熔池形貌和流場的演化機(jī)制。研究結(jié)果表明，在一定范圍內(nèi)，靜磁場作為外加物理場可以影響選區(qū)激光熔化過程的微熔池凝固，磁場的多尺度熱電磁效應(yīng)有助于提高激光吸收率，提高打印件的致密度；枝晶尺度的熱電磁效應(yīng)導(dǎo)致細(xì)化晶粒，并最終提高材料的力學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“Promoting the densification and grain refinement with assistance of static magnetic field in laser powder bed fusion”為題被中科院一區(qū)期刊International Journal of Machine Tools and Manufacture接收。 論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2022.103965 02.jpg 除靜磁場輔助選區(qū)激光熔化過程新機(jī)理的發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)還利用靜磁場輔助激光定向能量沉積（Laser Direct Energy Deposition, LDED）制備鎳基高溫合金，并揭示了靜磁場對(duì)該過程熔池流動(dòng)和組織演化的影響規(guī)律，相關(guān)研究成果以Influence of static magnetic field on the microstructure of Nickel-based superalloy by Laser-directed energy deposition為題發(fā)表于金屬冶金領(lǐng)域傳統(tǒng)期刊Metallurgical and Materials Transactions A。 論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s11661-020-05783-4 03.jpg 在材料學(xué)院凝固科學(xué)與技術(shù)研究所學(xué)術(shù)帶頭人孫寶德教授的帶領(lǐng)和支持下，團(tuán)隊(duì)圍繞增材制造微熔池凝固基本科學(xué)問題，開展增材制造前沿探索。相關(guān)研究成果，一方面可以從熔池快速熔凝角度更深入理解增材制造過程，為增材制造組織調(diào)控和缺陷控制提供理論支撐；另一方面，通過對(duì)增材制造設(shè)備磁場輔助的設(shè)計(jì)和改裝，為提高金屬增材制造構(gòu)件的綜合力學(xué)性能提供新思路。 上述相關(guān)研究得到了國家自然科學(xué)基金委（No. 52071205）、上海交通大學(xué)“深藍(lán)計(jì)劃”基金、中國航發(fā)上海商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造有限責(zé)任公司和中國航天科工集團(tuán)第三研究院三十一研究所等項(xiàng)目和單位的支持。 作者：杜大帆 供稿單位：材料科學(xué)與工程學(xué)院 |
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