Selective laser melting of Al-Cu-Fe based alloys using elemental powder blends

Editorial Board PCSS Journal; Ігор Штаблавий; Юрій Кулик; Андрій Паук; Назар Попільовський; Марина Яцевич; Степан Мудрий

doi:10.15330/pcss.27.1.144-151

Автор(и)

Ігор Штаблавий Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна
Юрій Кулик Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна
Андрій Паук Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна
Назар Попільовський Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна
Марина Яцевич Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна
Степан Мудрий Львівський національний університет імені Івана Франка, м. Львів, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.1.144-151

Ключові слова:

адитивне виробництво, селективне лазерне плавлення, алюмінієві сплави, квазікристали, електронна мікроскопія

Анотація

У цій роботі досліджено умови отримання сплаву Al₆₃Cu₂₅Fe₁₂ із суміші елементарних порошків методом селективного лазерного плавлення. Окрім безпосереднього синтезу сплаву зазначеним методом, метою роботи було також визначення умов утворення квазікристалічних фаз, які мають особливі механічні властивості. Селективне лазерне плавлення проводили при різних потужностях і геометрії лазерного опромінення в повітрі та у вакуумі. Для дослідження отриманих сплавів використовували методи скануючої електронної мікроскопії та рентгенівського фазового аналізу. Показано, що, крім загальноприйнятих режимів лазерного синтезу сплавів, важливу роль у цьому процесі відіграє фокусування лазерного променя на поверхні зразків.

Посилання

N. Kang, P. Coddet, L Dembinski, H. Liao, Ch. Coddet, Microstructure and strength analysis of eutectic Al-Si alloy in-situ manufactured using selective laser melting from elemental powder mixture, Journal of Alloys and Compounds, 691, 316 (2017); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.08.249.

J. A Glerum, Ch. Kenel, T. Sun, D. C. Dunand, Synthesis of precipitation-strengthened Al-Sc, Al-Zr and Al-Sc-Zr alloys via selective laser melting of elemental powder blends, Additive Manufacturing, 36, 101461 (2020); https://doi.org/10.1016/j.addma.2020.101461.

M. Fischer, D. Joguet, G. Robin, L. Peltier, P. Laheurte. In situ elaboration of a binary Ti–26Nb alloy by selective laser melting of elemental titanium and niobium mixed powders, Materials Science and Engineering: C, 62, 852 (2016); https://doi.org/10.1016/j.msec.2016.02.033.

V. Raghavan, Al-Cu-Fe (Aluminum-Copper-Iron), Journal of Phase Equilibria and Diffusion, 26, 59 (2005); https://doi.org/10.1007/s11669-005-0061-0.

Lilong Zhu, Sujeily Soto-Medina, Wesley Cuadrado-Castillo, Richard G. Hennig, Michele V. Manuel, New experimental studies on the phase diagram of the Al-Cu-Fe quasicrystal-forming system, Materials & Design, 185, 108186 (2019); https://doi.org/10.1016/j.matdes.2019.108186.

Hai-Lin Chen, Yong Du, Honghui Xu, and Wei Xiong, Experimental investigation and thermodynamic modeling of the ternary Al–Cu–Fe system, J. Mater. Res., 24 (10), 3154 (2009); https://doi.org/10.1557/JMR.2009.0376.

D. Holland-moritz, J. Schroers, D. M. Herlach, B. Grushko and K. Urban, Undercooling and solidification behaviour of melts of the quasicrystal-forming alloys Al–Cu–Fe and Al–Cu–Co, Acta mater, 46 (5), 1601 (1998); https://doi.org/10.1016/s1359-6454(97)00341-8.

S.M. Lee, H.J. Jeon, B.H. Kim, W.T. Kim, D.H. Kim, Solidification sequence of the icosahedral quasicrystal forming Al–Cu–Fe alloys, Materials Science and Engineering A, 304–306, 871 (2001); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(00)01625-7.

Felipe Escher Saldanha, Jaderson Rodrigo da Silva Leal, Jos´e Eduardo Spinelli, Guilherme Lisboa de Gouveia, Microstructural evolution and intermetallic formation in as-cast Al-5 % Cu-1.2 %Fe and Al-5 %Cu-1.2 %Fe-1 %Ni: A solidification path variation induced by Ni, Journal of Alloys and Compounds, 1039, 183280 (2025); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.183280.

M.A. Suárez, R. Esquivel, J. Alcántara, H. Dorantes, J.F. Chávez, Effect of chemical composition on the microstructure and hardness of Al–Cu–Fe alloy, Materials Characterization, 62, 917 (2011); https://doi.org/10.1016/j.matchar.2011.06.009.

A. Školáková, P. Novák, L. Mejzlíková, F. Pruša, P. Salvetr and D. Vojtech, Structure and Mechanical Properties of Al-Cu-Fe-X Alloys with Excellent Thermal Stability, Materials, 10(11), 1269 (2017); https://doi.org/10.3390/ma10111269.

R. Babilasa, A, Bajorek, M. Spilka, A. Radoń, W. Łoński. Structure and corrosion resistance of Al–Cu–Fe alloys, Progress in Natural Science: Materials International, 30, 393 (2020); https://doi.org/10.1016/j.pnsc.2020.06.002.

F. Schurack, J, Eckert and L, Schultz, Synthesis and mechanical properties of mechanically alloyed Al–Cu–Fe quasicrystalline composites, Philosophical Magazine, 83(11), 1287 (2003); https://doi.org/10.1080/1478643031000076613.

F. Tang, I.E. Anderson, S.B. Biner, Microstructures and mechanical properties of pure Al matrix composites reinforced by Al–Cu–Fe alloy particles, Materials Science and Engineering A, 363, 20 (2003); https://doi.org/10.1016/S0921-5093(03)00433-7.

G. Laplanche, A. Joulain, J. Bonneville, R. Schaller, T. El Kabir, Microstructures and mechanical properties of Al-base composite materials reinforced by Al–Cu–Fe particles, Journal of Alloys and Compounds, 493, 453 (2010); https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2009.12.124.

Yue Cheng, Takanobu Miyawaki, Wenyuan Wang, Naoki Takata, Asuka Suzuki, Makoto Kobashi, Masaki Kato, Variation in microstructural features of melt-pool structure in laser powder bed fused Al–Fe–Cu alloy at elevated temperatures, Journal of Materials Research and Technology, 32, 4048 (2024); https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2024.09.013.

Yue Cheng, Takanobu Miyawaki, Wenyuan Wang, Naoki Takata, Asuka Suzuki, Makoto Kobashi, Masaki Kato, Laser-beam powder bed fusion of Al–Fe–Cu alloy to achieve high strength and thermal conductivity, Additive Manufacturing Letters, 8, 100191 (2024); https://doi.org/10.1016/j.addlet.2023.100191.

Y Cheng, Y Otani, N Takata, A Suzuki, M Kobashi and M Kato, Inhomogeneous deformation in melt-pool structure of AlFe-Cu alloy manufactured by laser powder bed fusion, IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 1310, 012016 (2024); https://doi.org/10.1088/1757-899X/1310/1/012016.

J. M. Hernández, I. A. Figueroa, G. González, A. E. Salas, L. E. Mendoza, I. Alfonso, G. A. Lara Rodríguez, In situ porosity formation of self foaming Al Fe Cu alloys, Applied Physics A, 128, 319 (2022); https://doi.org/10.1007/s00339-022-05454-8.

M.A. Suarez, M.F. Delgado-Pamanes, J.F. Chavez-Alcal, A. Cruz-Ramírez, I. Guadarrama, I.A. Figueroa, Microstructural and mechanical characterization of quasicrystalline Al-Cu-Fe foams, Materials Today Communications, 30, 103043 (2022); https://doi.org/10.1016/j.mtcomm.2021.103043.

O. V. Sukhova, V. A. Polonskyy, K. V. Ustinova, M. V. Berun, Corrosion behaviour of quasicrystal Al – Cu – Fe and Al – Ni – Fe alloys in acidic solutions, The Scientific Technical journal Metal Science and Treatment of Metals, 24(4). 19, (2018); https://momjournal.org.ua/index.php/mom/article/view/2018-4-3/2018-4-3.

Shuai Liu and Hanjie Guo, Balling Behavior of Selective Laser Melting (SLM) Magnesium Alloy, Materials, 13, 3632 (2020); https://doi.org/10.3390/ma13163632.

N.T. Aboulkhair, M. Simonelli, L. Parry, I. Ashcroft, Ch. Tuck, R. Hague, 3D printing of Aluminium alloys: Additive Manufacturing of Aluminium alloys using selective laser melting, Progress in Materials Science, 106, 100578 (2019); https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2019.100578.