在定向能量沉积添加剂制造过程中孔径演变机制
Kai Zhang1,2, Yunhui Chen3,4,5,6, Sebastian Marussi3,4
1Department of Mechanical Engineering, University College London, London, WC1E 7JE, UK. kai-zhang@ucl.ac.uk.
Nature communications
|February 24, 2024
概括
了解导向能量沉积 (DED) 中的多孔性是提高组件性能的关键. 这项研究揭示了DED中的五种孔隙进化机制,指导了用于更安全应用的最小化缺陷的策略.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 添加剂制造 添加剂制造 添加剂制造
- 计算机建模 计算建模
背景情况:
- 导向能量沉积 (DED) 中的多孔性显著降低了组件的机械性能,阻碍了其在关键应用中的使用.
- 在DED过程中,孔隙形成和演变的精确机制仍然不完全理解.
研究的目的:
- 阐明DED过程中控制孔形成,迁移,生长和捕获的基本机制.
- 为开发有效策略提供见解,以最大限度地减少DED组件中的孔隙性.
主要方法:
- 在现场使用X射线成像,在DED期间实时观察毛孔动态.
- 多物理计算建模被用来模拟和分析毛孔进化机制.
主要成果:
- 确定并量化了有助于毛孔演变的五种不同的机制:泡进入和迁移,泡逃出/凝聚/陷入,泡通过凝固前线推进,马兰戈尼流对泡稳定性的影响,以及基于尺寸的泡逃出或陷入.
- 详细介绍了气泡迁移模式 (循环或横向),以及马兰戈尼流对气泡行为的影响.
- 研究了气泡逃脱与被困的临界大小.
结论:
- 鉴定出的孔隙演变机制为DED.中的缺陷形成提供了全面的理解.
- 这些发现为设计DED过程参数和材料组成提供了科学基础,以减少孔隙性.
- 通过了解这些机制来最大限度地减少孔隙对于提高DED制造零件的可靠性和安全性至关重要.
