使用超声波手动摇动或振动熔融金属有助于减少成品金属部件中的气泡、裂纹和晶粒尺寸。金属3D打印研究人员假设振动是提高质量的关键，但直到现在，其机制还没有得到很好的理解。
由宾夕法尼亚州立工程学院工程科学和声学副教授克里斯托弗·库贝(Christopher Kube)领导的一组研究人员利用高能x射线成像技术，捕捉到了液态金属冷却时的横截面画面。
他们的结果证实了该领域长期存在的假设，即通过局部压力的变化，超声波振动促使气泡数量增加、扩大、迁移到熔池表面并爆裂。
超声波或超声波振动也能加快金属冷却的速度，这有助于抑制额外气泡的形成。研究小组在《通讯材料》杂志上发表了他们的发现。
Kube说:“由于工艺的原因，金属增材制造对零件质量有内在的限制。“我们的工作旨在通过利用超声波等外力来更好地控制过程，从而减轻这些限制，从而获得更高质量和更好性能的零件。”
为了得到他们的发现，来自阿贡国家实验室先进光子源的合作者使用高能同步加速器x射线成像铝合金样品，同时用激光熔化，用超声波换能器发出声音。
Kube解释说，与医生办公室使用的x射线不同，同步加速器x射线可以穿过金属，每秒成像数十万帧，可以非常快速地看到材料内部的变化。
结果是一个x射线视频，可以直接看到气泡的行为。Kube的实验室随后通过计算流体动力学模拟证实了这一结果。宾夕法尼亚州立大学工程科学和力学专业的博士生、论文的第一作者洛夫乔伊·穆茨瓦蒂瓦解释说，金属凝固得越快，晶粒尺寸就越小。
“晶粒尺寸会影响材料的性能，包括耐腐蚀性、强度、韧性、延展性和弯曲性，”Mutswatiwa说。“更细的晶粒尺寸可以使金属更坚固，并在压力下保持不变。”
根据Mutswatiwa的说法，实验装置——一个单一的激光熔化一个微小的点——允许研究人员推断当激光沿着规定的路径在点上熔化时会发生什么。
Mutswatiwa说:“如果我们在小范围内了解这个过程，就很容易应用到整个增材制造过程中。”“这些结果也可以帮助我们将更多的合金整合到增材制造过程中。”
Mutswatiwa解释说，目前，有超过10,000种合金用于传统制造，但由于气孔和开裂问题，只有不到10%的合金可用于增材制造。
他说:“我们正在努力增加可以打印的合金的数量，同时保持传统制造的质量。”“虽然仍是一项高度实验性的技术，但在金属制造中使用超声波有望帮助避免金属缺陷。”
Kube的团队最近获得了一项为期三年的资助，将超声波技术扩展到被称为气体金属丝电弧增材制造的大规模增材工艺中。该项目旨在将该技术从基础研究转变为实际应用，以帮助美国海军核舰队的制造工作。
Kube说:“我们在小范围内证明了超声波可以影响增材制造中的熔池。“我们的下一步是积极利用影响，帮助海军生产更高质量和更好性能的部件。”
更多资料:Lovejoy Mutswatiwa等人，Al6061超声熔体加工过程中熔池动力学的高速同步x射线成像，Communications Materials(2024)。DOI: 10.1038/s43246-024-00584-3期刊信息:宾夕法尼亚州立大学提供的通信材料引文:冒泡:揭示金属制造中的熔池动力学(2024年9月26日)检索自2024年9月26日https://techxplore.com/news/2024-09-uncovering-pool-dynamics-metal.html本文档受版权保护。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
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希望本篇文章《冒泡现象：探索金属制造过程中的熔池动力学》能对你有所帮助！
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