Влияние морфологии кремния на процесс плазменно-электролитического оксидирования постоянного тока в сплаве AlSi10Mg, полученном методом лазерной плавки в слое порошка

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 14329 (2022) Цитировать эту статью

1116 Доступов

2 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В данной работе процесс плазменно-электролитического оксидирования (ПЭО) был применен к образцам AlSi10Mg, полученным методом лазерной плавки порошка (L-PBF), в напечатанном состоянии и после различных термических обработок, а также для сравнения на отлитых образцах. АлСи10Мг. Процесс ПЭО проводили в режиме постоянного тока с использованием высоких плотностей тока и кратковременного времени в основном силикатном электролите. Впервые было исследовано влияние морфологии кремния в образцах L-PBF AlSi10Mg в напечатанном состоянии и после различных термообработок на полученное ПЭО-покрытие с точки зрения микроструктуры и коррозионных свойств. Микроструктуру подложки охарактеризовали методами оптической и электронной микроскопии (оптическая микроскопия ОМ, сканирующая электронная микроскопия SEM и просвечивающая электронная микроскопия TEM) и рентгеновской дифракции (XRD). Анализ показал, что термообработки отжига и обработки в растворе изменяют морфологию и распределение кремния в образцах, полученных с помощью L-PBF. Образцы с ПЭО-покрытием были охарактеризованы с помощью СЭМ как на поверхности, так и в поперечном сечении, а анализ состава был проведен с помощью энергодисперсионной спектроскопии (ЭДС) и элементного картирования. Покрытия также были проанализированы с помощью XRD, а коррозионные свойства оценены с помощью электрохимической импедансной спектроскопии (EIS). Также были проведены испытания на микротвердость подложек и покрытий. На микроструктуру покрытий сильное влияние оказало распределение кремния. В частности, неравномерное распределение кремния и наличие богатого железом интерметаллида (полученного в отлитых и обработанных на раствор образцах) приводили к образованию более пористых и более тонких покрытий по сравнению с покрытиями, полученными в напечатанном и обработанном виде. отожженные образцы. Неравномерное распределение кремния привело к неоднородному распределению кремния в покрытиях. Особая ячеистая структура напечатанного образца привела к образованию покрытия с более высокой долей аморфности по сравнению с покрытиями, полученными на других образцах. Увеличение толщины и меньшая пористость покрытий, полученных на отожженных и напечатанных образцах, привели к повышению коррозионной стойкости.

Сплавы Al-Si широко используются в автомобильной и аэрокосмической отраслях благодаря их хорошей литейной способности и сочетанию высокой прочности и низкой плотности1. Традиционно отлитые сплавы Al-Si обычно содержат крупный игольчатый кремний (эвтектический кремний), а также обычно присутствуют Mg- и Fe-содержащие выделения2. В последние годы интерес различных секторов промышленности к технологиям аддитивного производства (АП) быстро возрос, главным образом из-за возможности производства сложных и индивидуальных деталей без значительного увеличения затрат, связанных с штампами или инструментами3. Среди различных технологий АМ лазерная порошковая сварка (L-PBF) является одной из наиболее перспективных с точки зрения возможности получения полностью плотных металлических структур с использованием большого разнообразия металлических порошков4. По сравнению с традиционным литьем сплавы Al-Si, полученные методом L-PBF, характеризуются совершенно иной микроструктурой из-за более высоких скоростей нагрева и охлаждения (103–105 град/с)5. В частности, микроструктура AlSi10Mg, полученного с использованием L-PBF, состоит из первичной матрицы α-Al с ячеисто-дендритной микроструктурой и эвтектической микроструктуры с очень тонким волокнистым Si6.

Однако матрица α-Al находится в состоянии перенасыщенного твердого раствора, и когда материал подвергается воздействию высоких температур, например, при проведении термообработок, эта микроструктура становится нестабильной и может существенно измениться по сравнению с той, которая наблюдается в состояние печати7. Среди различных термических обработок для алюминиевых сплавов чаще всего применяют обработку на раствор (с последующим в некоторых случаях обработкой старением) и обработку отжигом. В литературе можно найти несколько исследований микроструктурной эволюции AlSi10Mg после такой обработки. Таката и др.8 обнаружили после отжига при температуре 300 °C образование мелкодисперсных частиц Si внутри столбчатой ​​фазы α-Al из-за пересыщения Si в столбчатой ​​матрице α-Al готового образца. Ли и др.9 обнаружили, что во время обработки раствора атомы Si выделяются из пересыщенной матрицы Al с образованием мелких частиц Si, а с увеличением температуры раствора размер частиц Si увеличивается, тогда как их количество уменьшается. Кроме того, Шакил и др.10 получили аналогичные результаты, подчеркнув, что модификация крупной и игольчатой ​​фазы Si (сфероидизация), гомогенизация состава и распад растворимых фаз, содержащих Mg или другие микроэлементы, происходят при термообработке в растворе. Опять же, Таката и др.8 обнаружили после обработки раствором образование Fe-содержащей интерметаллической фазы (β-AlFeSi) со стержнеобразной морфологией.