研究人员将增材制造利用不上的铝合金粉末制作成符合航空航天要求的板材

由 EPSRC MAPP（未来制造中心）研究助理 Simon Graham 博士领导的项目；并得到谢菲尔德大学 Royce 研究领域负责人 Martin Jackson 教授的支持；科研人员将现场辅助烧结技术 [FAST] 与热轧相结合，通过两个固态步骤将多余的雾化铝合金粉末从雾化转化为板材，并将用于航空航天应用。

该研究是与行业合作伙伴 ECKART GmbH 合作进行的，ECKART GmbH 提供了用于该项目的 A20X 合金粉末。

技术背景

金属增材制造 [AM] 技术通常使用粒度范围比较窄的粉末进行加工。在雾化过程中熔化的金属合金首先经过精炼和脱气，然后倒入气体喷嘴，液体材料通过高压气流分解成金属粉末，通过这些过程会产生大量粒径范围分布较宽的粉末，但实际上真正符合增材制造使用要求的只是中间的一部分。除了已发现的许多烧结方法之外，这会导致尺寸超出规格的金属粉末没有明确的应用案例，更多只是当做库存副产品。

与传统冶金技术相比，增材制造技术通常被宣传为减少了材料浪费，传统冶金技术会产生大量的加工废料，但事实上雾化制粉的粒径范围往往也是容易被忽视的浪费问题。商业经济学要求使用替代工艺将这些多余的粉末转化为有用的产品，以确保增材制造市场具有成本效益并满足可持续发展目标。这一关键因素为本研究奠定了基础。

现场辅助烧结技术 [FAST] 可以提供一种替代的固态加工途径，将这些多余的粉末整合到坯料中以进行后续加工。这使得从这种原料生产有用的产品成为可能，同时也提高了增材制造供应链的可持续性。

该项目具体是将 FAST 与热轧相结合，通过两个固态步骤将多余的铝合金粉末从雾化转化为板材。FAST 可以有效地将粉末固结成完全致密的坯料，然后将其热轧成片材。

通过拉伸测试，结果表明该工艺的性能输出与航空航天应用中使用的传统材料相当。

基础研究

以金属粉末的 FAST 为重点的现有研究有助于该项目的开发。这激发了*后一年的学生项目 [由 Graham 博士设计]，该项目由航空航天工程专业的学生 Alicia Patel 领导，她在定义该项目之前协助了研究方向早期发展的实际工作。在完成这项早期研究后，该项目以更精简的方向为基础，由 Simon Graham 博士领导。

在谢菲尔德开展的工作也为这些工作提供了信息，这些工作涉及加工用于激光粉末床熔合的超大尺寸的钛粉末，其中交叉方法被确定为相关的。在回顾现有文献时，仅发表了一篇专门研究热轧、FAST 生产的纯铝的论文。先前发表的关于 A20X 合金的研究只考虑了增材制造或铸造材料。

研究进展

事实证明，FAST 可以将大粒径范围的铝合金粉末（包括 A20X）快速固结成完全致密的材料。由此产生的 80 毫米直径 A20X FAST 也成功地从*初的 15 毫米厚度热轧到 2 毫米薄板，尽管需要一些后期优化以防止薄板内的边缘缺陷。

一些具有相同起始尺寸的传统铸造 A20X 材料也在相同条件下进行了热轧。拉伸测试表明，在热处理前后，FAST 材料表现出与铸件相似的特性，并且与航空航天应用中使用的其他铝板相当。

这些发现由 Simon Graham 博士在 WorldPM 2022 会议 [由欧洲粉末冶金协会赞助] 上发表，主题为：“通过结合场辅助烧结技术和热轧对剩余铝合金粉末进行固态加工”。

结果显示将剩余的铝合金粉末中制造高性能板材具有可行性，但仍需进一步优化和深入研究

First Frost

影响

该项目的结果表明，将多余的合金粉末转化为具有良好机械性能的板材是具有可行性的。尽管现阶段无法量化长期的、积极的影响，但有明显的经济影响。这些经济效益与雾化器的新收入来源以及增材制造粉末的潜在成本降低有关。

接下来的步骤涉及完成进一步的轧制试验，以优化加工并生产更高质量的板材产品。这些表也可以在开始阶段进行扩展，以生产更大的表作为输出，这进一步证明了扩大规模的机会。片材的超塑性成形也可以考虑生产近净形状的部件。

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