Hipereutektyczne stopy Al-Ce-X (X=Mn, Cr, V, Mo, W) wytwarzane metodą laserowej syntezy w złożu proszkowym

Hipereutektyczne stopy Al-Ce-X (X=Mn, Cr, V, Mo, W) wytwarzane metodą laserowej syntezy w złożu proszkowym

Opis i związek z AMAZEMET

Wysokowydajne stopy Al-Ce-X (X = Mn, Cr, V, Mo, W) zostały opracowane przy użyciu systemu atomizacji indukcyjnej rePowder firmy AMAZEMET do produkcji wysokiej jakości proszków, umożliwiających wytwarzanie za pomocą laserowej fuzji proszkowej (LPBF). Te trójskładnikowe stopy wykazują hipereutektyczną mikrostrukturę z fazami Al11Ce3 i odpornymi na zgrubienia osadami Al20CeX2, co skutkuje doskonałą twardością (1300-1400 MPa) i doskonałą stabilnością mechaniczną podczas długotrwałej ekspozycji w temperaturze 400 °C. W porównaniu z dwuskładnikowymi stopami Al-Ce, stopy Al-Ce-X wykazują znacznie zwiększoną odporność na pełzanie, utrzymując wyższe naprężenia progowe w podwyższonych temperaturach, co czyni je przełomem w dziedzinie wysokotemperaturowych materiałów konstrukcyjnych.

Autorzy

Clement N. Ekaputra ^a, Jovid U. Rakhmonov ^{a b} , Christian Leinenbach ^{c d}, David C. Dunand ^a a Department of Materials Science and Engineering, Northwestern University, Evanston, IL 60208, USA b Currently at: Materials Science and Technology Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, TN 37830, USA c Empa, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology Überlandstrasse 129, Dübendorf 8600, Szwajcaria d École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Laboratory for Photonic Materials and Characterization, Lausanne 1015, Szwajcaria

Streszczenie

Scharakteryzowaliśmy mikrostruktury i wysokotemperaturowe właściwości mechaniczne stopów Al-2Ce i trójskładnikowych stopów Al-2Ce-1X (at.%) wytworzonych metodą laserowej syntezy w złożu proszkowym (LPBF), gdzie X = Mn, Cr, V, Mo i W są wolno dyfundującymi metalami przejściowymi. Wszystkie trójskładnikowe stopy wykazują hipereutektyczną mikrostrukturę w stanie po LPBF, zawierającą wzajemnie połączoną sieć eutektycznych faz _Al11Ce3 (∼10 % obj.) oraz dodatkową populację submikronowych, równoosiowych pierwotnych osadów _Al20CeX2 (∼10 % obj.), które są izomorficzne między tymi pięcioma stopami. Podobne mikrostruktury są obecne w prętach topionych łukowo i rozpylanych proszkach, ale są grubsze ze względu na wolniejsze tempo chłodzenia w tych procesach. Twardość trójskładnikowych stopów Al-Ce-X as-LPBF (1300-1400 MPa) jest wyższa niż dwuskładnikowego stopu Al-Ce (∼1100 MPa) ze względu na wyższy udział objętościowy faz wzmacniających. Co więcej, podczas ekspozycji w temperaturze 400 °C przez okres do trzech miesięcy, w trójskładnikowych stopach Al-Ce-X osiąga się większą retencję twardości (65-75%) niż w dwuskładnikowym stopie Al-Ce (∼55%), co przypisuje się ekstremalnej odporności na zgrubienie osadów _Al20CeX2 nadawanych przez bardzo wolno rozpraszający się trójskładnikowy związek rozpuszczony. Te odporne na zgrubienia osady _Al20CeX2 również znacznie poprawiają odporność stopu na pełzanie, zwiększając naprężenie progowe dla pełzania dyslokacji w temperaturze 300°C z ∼32 MPa dla dwuskładnikowego stopu Al-Ce do ∼77-100 MPa dla trójskładnikowych stopów Al-Ce-X, a w temperaturze 400°C z <10 MPa dla dwuskładnikowego stopu Al-Ce do >40 MPa dla trójskładnikowego stopu Al-Ce-V.