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Aperçu du papier
La fabrication d'alliages d'aluminium légers et à haute résistance par fusion laser sur lit de poudre (LPBF) repose depuis longtemps sur des éléments d'alliage coûteux-tels que le scandium et le zirconium-pour obtenir une résistance élevée ; cette dépendance a gravement entravé leur application industrielle généralisée. Bien que l'ajout de particules à faible coût (par exemple TiB2, TiC) puisse, dans une certaine mesure, affiner les structures des grains et améliorer la résistance, cette stratégie d'incorporation de particules exogènes se heurte souvent à des défis tels que l'agglomération des particules, une dispersion non uniforme et une mauvaise liaison interfaciale, entraînant une inhomogénéité microstructurale et des propriétés mécaniques compromises. Pour résoudre ce problème, la présente étude propose une stratégie innovante qui évite le besoin d'éléments coûteux. En tirant parti des gradients de température extrêmes et des pressions de recul induites par le laser inhérentes au processus LPBF, les chercheurs ont réalisé la synthèse *in-situ* de nanomoustaches de MgAlB4 denses et uniformément dispersées au sein d'une matrice en alliage d'aluminium AA2024. Cet article vise à éliminer les fissures de solidification et la porosité-obtenant ainsi une densification presque complète-grâce à la génération *in-situ* de-nanomoustaches unidimensionnelles. De plus, en capitalisant sur le rapport d'aspect élevé et la forte liaison interfaciale de ces moustaches, l'étude cherche à améliorer considérablement à la fois la résistance et la ductilité de l'alliage, brisant ainsi la barrière de longue date entre les performances et les coûts dans le domaine de la fabrication additive d'alliages d'aluminium.
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Aperçu du texte intégral
S'attaquant aux défauts inhérents-tels que les grains colonnaires grossiers, les fissures à chaud sévères et la porosité élevée-couramment rencontrés dans les alliages d'aluminium commerciaux à haute résistance-fabriqués par fusion laser sur lit de poudre (LPBF), cette étude propose une nouvelle voie pour la synthèse *in-situ* d'alliages d'aluminium renforcés par des moustaches-. En incorporant des traces de poudre de bore amorphe dans la poudre AA2024 et en tirant parti des vitesses de refroidissement rapides et des pressions de recul de fusion élevées - (jusqu'à 40 MPa) caractéristiques du processus LPBF, des nanomoustaches de MgAlB4 - possédant des diamètres de seulement 5 à 15 nm et des rapports d'aspect dépassant 20 - ont été synthétisées avec succès *in-situ* au sein de la matrice en aluminium. Agissant comme des sites de nucléation hétérogènes, ces moustaches unidimensionnelles uniformément dispersées ont induit une transformation de la morphologie des grains : de grains colonnaires grossiers de plusieurs dizaines de micromètres de largeur à des grains équiaxiaux ultrafins d'une taille moyenne d'environ 1,3 à 1,5 μm. Cette transformation a complètement éliminé les fissures de solidification, ce qui a donné une densité d'alliage de 99,991 %. En ce qui concerne les mécanismes mécaniques sous-jacents, la structure de réseau quasi-continue formée par les moustaches a non seulement facilité le stockage et la prolifération des dislocations, mais a également permis aux luxations de contourner les moustaches dans une direction perpendiculaire à leurs axes, atténuant ainsi efficacement les concentrations de contraintes. Les résultats expérimentaux démontrent que l'alliage atteint une résistance à la traction ultime (UTS) d'environ 610 MPa et un allongement uniforme de 8,0 % ; en outre, il présente des propriétés thermomécaniques exceptionnelles à haute température dans la plage de 150 degrés à 250 degrés. Cette étude offre une solution prometteuse et évolutive pour le développement d'alliages d'aluminium à faible coût et hautes performances via la fabrication additive.
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**Analyse visuelle**
La figure 1 illustre le processus de fabrication du composite MgAlB4w/AA2024 et la caractérisation précise de ses défauts internes. L'étude a utilisé une méthode de dispersion mécanique tridimensionnelle pour recouvrir uniformément de poudre de bore amorphe sur la surface des particules de poudre AA2024 avant l'impression LPBF. Des analyses 3D comparatives obtenues via Nano-CT révèlent clairement que l'intérieur de l'alliage AA2024 non traité et fabriqué en LPBF-est criblé de fissures macroscopiques et de grands pores s'étendant le long de la direction de construction, ce qui entraîne une fraction volumique de défauts pouvant atteindre 4,698 %. En revanche, suite à la synthèse *in-situ* de nanomoustaches de MgAlB4, les fissures internes au sein de l'alliage ont été complètement éliminées ; il ne restait qu'une quantité négligeable de minuscules pores sphériques, obtenant ainsi une densification presque complète de 99,991 %.
