Алюминиевая бронза, Cu 9.5Al 1Fe, имеет теплопроводность выше стальной и титановой, одновременно превосходя чистую медь по удобству для аддитивных технологий. Но 3D-печать медных сплавов сталкивается с двумя главными препятствиями: высокой отражаемостью материала и интенсивным охлаждением. Это создает дефекты — несплавленные поры (частицы порошка не расплавляются) и "замочноподобную" пористость от нестабильных паровых воронок, оставляющих полости.
Настройка процесса и ключевые выводы
Ученые исследовали разные режимы, варьируя плотность энергии ({125} до {938} Дж/мм3) через мощность лазера ({90}-{150} Вт) и скорость сканирования ({100}-{600} мм/с). Эксперты обнаружили: низкая энергия ведет к порам несплавления, а высокая — к "замочноподобным" дефектам из-за глубокого проплавления. Важно, что общая пористость сохранялась на уровне примерно 5% во всех случаях.
Превосходные механические свойства
Образцы, несмотря на пористость, показали улучшенные механические свойства против литой алюминиевой бронзы. Прочность достигла {748} МПа, а удлинение — {16.2}%, сближаясь с показателями промышленной никель-алюминиевой бронзы (Ni-Al-Bronze) для тяжелых условий.
Инновационная микроструктура
Изучался фазовый состав при сверхскоростной кристаллизации лазерного плавления. Обнаружены уникальные фазы: прослойки Al2Cu и наночастицы Cu3Fe, нехарактерные для стандартного состояния сплава. Возрастание энергии снижает долю фазы, усиливающей прочность, но негативно влияющей на тепло{/}электропроводность. Эти элементы формируются от скоростей охлаждения до {10} в седьмой степени К/с, влияя на баланс свойств.
Прорыв в понимании характеристик
Комплексные исследования микроструктуры, физических и механических тестов выявили прямую связь между плотностью дефектов кристаллической решетки, теплопроводностью и электропроводностью. Рост энергии снижает концентрацию этих дефектов и перераспределяет алюминий, повышая теплопроводность без потери прочности, при этом пористость слабо влияет на итог.
Высокая теплопроводность при прочности
Теплопроводность замерялась в широком диапазоне температур: от {5} до {575} К. Применялись два метода: PPMS и лазерный флэш-анализ. Ключевой результат: образцы с высокой плотностью энергии показали теплопроводность до {47} Вт/(м К) при комнатной температуре. Это значение близко к литому варианту, но при существенно возросшей прочности, демонстрируя огромный прогресс.
Источник: naked-science.ru
