上海交通大學：通過增材制造實現AlSi10Mg合金的超高疲勞抗力！

自1830年代末首次發現疲勞現象以來，對抗疲勞失效的努力一直在持續。2023年8月17日，上海交通大學特種材料研究所王浩偉團隊與香港城市大學呂堅院士團隊合作在《Nature Materials》（中科院1區，Top，影響因子41.2）期刊發表最新研究成果“Achieving ultrahigh fatigue resistance in AlSi10Mg alloy by additive manufacturing”，報告了通過增材制造實現的納米TiB2改性的AlSi10Mg的抗疲勞現象。上海交通大學材料科學與工程學院博士后但承益、助理教授崔宇馳、副教授吳一和陳哲教授為共同第一作者，上海交通大學陳哲教授和香港城市大學呂堅院士為共同通訊作者。

研究表明，這種抗疲勞機制受益于三維雙相蜂窩納米結構，它充當堅固的體積納米籠，防止局部損傷累積，從而抑制疲勞裂紋的萌生。通過無缺陷微樣品的原位疲勞試驗，證明納米TiB2改性的AlSi10Mg的固有疲勞強度極限與其拉伸強度接近。為了證明這一機制的實際適用性，打印的納米TiB2改性的AlSi10Mg的抗疲勞性能是其他增材制造鋁合金的兩倍以上，并超過了高強度變形鋁合金。這種增材制造輔助納米結構工程策略可以擴展到其他雙相抗疲勞金屬的開發。

關鍵結論
在這項工作中，作者報道了一種缺陷細化的大塊AM NTD-鋁合金，其具有超高的疲勞強度，大大超過了之前報道的AM鋁合金和通過不同熱機械工藝獲得的傳統高強度變形鋁合金。LPBF-AM制備的鋁合金揭示了抗疲勞機制，其中快速凝固產生的固有3D-DPCN網絡能夠通過充當強大的體積3D位錯屏障籠來限制疲勞損傷，以防止疲勞過程中局部不可逆損傷累積循環加載。通過將打印缺陷尺寸減小到亞微米范圍或通過未來的技術創新消除缺陷，NTD-Al的抗疲勞性有望進一步增強。此外，這種由增材制造相工程方法實現的抗疲勞損傷機制還可以擴展到其他抗疲勞雙相/多相合金系統的設計以及其他增材制造技術，包括電子束熔化和定向能量沉積。

論文引用
Dan, C., Cui, Y., Wu, Y. et al. Achieving ultrahigh fatigue resistance in AlSi10Mg alloy by additive manufacturing. Nat. Mater. (2023). https://doi.org/10.1038/s41563-023-01651-9

來源：焊接科學