上海交通大学：通过增材制造实现AlSi10Mg合金的超高疲劳抗力！

自1830年代末首次发现疲劳现象以来，对抗疲劳失效的努力一直在持续。2023年8月17日，上海交通大学特种材料研究所王浩伟团队与香港城市大学吕坚院士团队合作在《Nature Materials》（中科院1区，Top，影响因子41.2）期刊发表最新研究成果“Achieving ultrahigh fatigue resistance in AlSi10Mg alloy by additive manufacturing”，报告了通过增材制造实现的纳米TiB2改性的AlSi10Mg的抗疲劳现象。上海交通大学材料科学与工程学院博士后但承益、助理教授崔宇驰、副教授吴一和陈哲教授为共同第一作者，上海交通大学陈哲教授和香港城市大学吕坚院士为共同通讯作者。

研究表明，这种抗疲劳机制受益于三维双相蜂窝纳米结构，它充当坚固的体积纳米笼，防止局部损伤累积，从而抑制疲劳裂纹的萌生。通过无缺陷微样品的原位疲劳试验，证明纳米TiB2改性的AlSi10Mg的固有疲劳强度极限与其拉伸强度接近。为了证明这一机制的实际适用性，打印的纳米TiB2改性的AlSi10Mg的抗疲劳性能是其他增材制造铝合金的两倍以上，并超过了高强度变形铝合金。这种增材制造辅助纳米结构工程策略可以扩展到其他双相抗疲劳金属的开发。

关键结论
在这项工作中，作者报道了一种缺陷细化的大块AM NTD-铝合金，其具有超高的疲劳强度，大大超过了之前报道的AM铝合金和通过不同热机械工艺获得的传统高强度变形铝合金。LPBF-AM制备的铝合金揭示了抗疲劳机制，其中快速凝固产生的固有3D-DPCN网络能够通过充当强大的体积3D位错屏障笼来限制疲劳损伤，以防止疲劳过程中局部不可逆损伤累积循环加载。通过将打印缺陷尺寸减小到亚微米范围或通过未来的技术创新消除缺陷，NTD-Al的抗疲劳性有望进一步增强。此外，这种由增材制造相工程方法实现的抗疲劳损伤机制还可以扩展到其他抗疲劳双相/多相合金系统的设计以及其他增材制造技术，包括电子束熔化和定向能量沉积。

论文引用
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

来源：焊接科学