冶金學突破：鍛造性能，HRL3D列印用高強度7A77.60L鋁粉投放市場

2019-10-08     來源出處：3D科學谷
鍛造的優點是實現內部緻密且組織比較均勻的冶金結果，性能高於壓鑄件、切削及焊接件。鋁合金鍛造的目的主要是提高金屬塑性，降低變形抗力。對於可熱處理強化的鋁合金，如硬鋁、鍛鋁（6061、7075等）和超硬鋁，淬火時效為最終的熱處理形式。
實現細晶粒微觀結構，並與鍛造材料具有相當的材料強度，HRL實驗室所開發的3D列印用高強度7A77.60L鋁粉正式投放市場，用戶可以直接向HRL購買這種鋁合金材料。

3D列印高強度鋁合金。來源：HRL
避免裂紋且實現高強度
當使用鋁合金材料Al7075和Al6061的時候，在雷射高能環境中進行金屬3D列印會導致金屬部件遭受嚴重熱裂紋，HRL的研究人員在軟體和大數據的幫助下選擇了鋯基納米顆粒成核劑，並將它們組合到了7075和6061系列鋁合金粉末中。

3D列印高強度鋁合金用粉末材料。來源：HRL
成型後的材料無裂紋、等軸（即晶粒在長度、寬度和高度上大致相等），實現了細晶粒微觀結構，並與鍛造材料具有相當的材料強度，3D列印的鋁合金材料平均屈服強度高達580 MPa，極限強度超過600 MPa，平均伸長率超過8％。
在2017年成功開發出納米顆粒成核劑之後，HRL就面臨著如何在商業化這項技術的同時獲得技術保護的問題。2019年，HRL在美國鋁業協會註冊了用於增材製造合金的鋁粉，HRL的註冊號為7A77.50，合金的註冊號為7A77.60L。
通過將材料商業化，HRL將3D列印鋁合金材料所獲得的高強度與設計的自由度實現了完美的結合。這種鋁合金材料適合高附加價產品加工領域，包括航空航天、汽車、石油與天然氣。


英國3D印表機供應商雷尼紹（Renishaw）的選區雷射熔化3D列印設備是首批證明能夠處理7A77的機器。基於雷尼紹的設備，用戶就可以專注於針對其獨特生產組件進一步優化參數。
隨著7075鋁合金在飛機製造中的普及，航空航天自然成為第一個開始利用HRL的7A77金屬粉末的行業。根據3D科學谷的市場觀察，迄今HRL增材製造用鋁合金粉末在航空航天領域的應用包括壓力容器，歧管，托架和其他機身零件的生產。飛機的按需維護也是一個特別有潛力的領域。當然，這種材料在石油和天然氣、汽車和體育用品領域亦具有尚未開發的潛力。
由於強度不是工程應用的唯一標準，因此HRL實驗室現在正在提高7A77的耐腐蝕性，斷裂韌性和疲勞強度。用於開發7A77的技術還被用於2000和6000系列鋁合金，實驗室預計將在不久的將來投放市場。
3D科學谷Review
根據中國日報，蘇州倍豐創始人、澳大利亞工程院吳鑫華院士領導莫納什大學研究團隊成功開發出了牌號為Al250C的高強高韌增材製造專用鋁合金材料，為3D列印鋁合金材料再添一名明星成員。Al250C是研究團隊專門為3D 列印設計的材料，已經達到了批產和商業化使用階段。Al250C材料強度達到目前可用於3D列印的鋁合金材料中最高水平，屈服強度可達580MPa，抗拉強度590MPa以上，延伸率可達11%，製備構件通過了250℃高溫下持續5000小時的穩定試驗， 相當於發動機常規服役25年的要求。

而根據3D科學谷的市場觀察，總部位於英國的鑄造專家Aeromet International專利的用於增材製造的鋁合金粉末A20X所製造的零件已經超過500MPa的極限拉伸強度（UTS）。Aeromet 稱，這一成就使的該鋁合金材料成為「市售的用於增材製造的最強鋁合金粉末之一」。A20X是一種鋁 – 銅合金材料，具有精細的微觀結構，與其他合金相比，具有「高的強度，抗疲勞和優化的熱性能。」目前已獲得金屬材料特性開發和標準化（MMPDS）和航空航天材料標準（AMS）的批准，該材料已被全球領先的航空鑄造供應商採用。
根據3D科學谷的市場觀察，南京航空航天大學幾年前開發出基於SLM成形的鋁基納米復合材料，用於雷射增材技術領域，有效的解決鋁基納米復合材料在雷射增材過程中工藝性能與力學性能不匹配、增強顆粒分布不均勻以及陶瓷相與基材相之間潤濕性較差的問題，使得所獲得的產品具備良好的介面結合以及優異的力學性能。