净化再生铝 增材制造Al-Ce-Mg合金性能研究

来源： 特种铸造

作为功能材料和结构材料的替代元素，稀土Ce含量丰富，价格相对低廉，可以替代更昂贵的材料，展示出在一系列新型Al合金中作为主要合金元素的潜力。与传统铝合金相比，Al-Ce合金表现出较高的极限强度、可铸造性和热稳定性而备受关注。Al-Ce金属间化合物与Mg、Si、Fe和Cu相容形成三元或四元相，提高了高温下的流动性、可铸造性和力学性能。此外，Al-Ce基合金具有良好的流动性和铸造性，能够减少热撕裂和开裂，因此被认为是增材制造的良好候选合金。研究证明，Al-Ce二元合金具有优异的增材制造成形性，铸件无裂纹和明显的孔隙。



Ti和Mn通常用于铝合金的晶粒细化，但铝废料的提纯难度给回收带来了很大的挑战。Ce具有很高的化学活性，易与Ti或Mn形成三元亚稳相，这可能会影响Al-Ce基合金的力学性能。

目前对Al-Ce基合金中杂质和力学性能的研究鲜有报道。基于此，中山大学孟凡强教授及其团队采用定向能沉积增材制造和传统的热挤压工艺制备了Al-Ce-Mg块体试样，旨在探讨Ti和Mn杂质对Al-Ce-Mg试样显微组织和力学性能的影响。研究结果以题为“The effect of minor Ti and Mn additions on the microstructure and mechanical properties of additive manufactured Al–Ce–Mg alloys”发表于期《Journal of Materials Science》。

结果显示，ACM和ACM-Ti粉末均具有良好的成形性，适合定向能沉积加工。由于定向能沉积增材制造的凝固速度较慢，导致Al11Ce3颗粒的平均尺寸比热挤压试样大，因此AM ACM试样的抗拉强度较低，伸长率较高。Ti和Mn的加入促进了蔷薇状Al20Ce(Ti, Mn)2相的形成，显著降低了Al-Ce-Mg合金的伸长率。AM过程中，裂纹倾向于在脆性枝晶Al20Ce(Ti, Mn)2颗粒周围萌生和扩展。