Strongly out-of-equilibrium columnar solidification during the Laser Powder-Bed Fusion additive manufacturing process
基于激光的增材制造为金属零件的3D打印提供了一条有前途的途径。我们的实验证据在激光粉末床熔融处理Inconel 718镍基合金，我们解释使用相场模拟和经典的枝晶生长理论的一个特定的柱状凝固微观结构。由于大的温度梯度和冷却速率，凝固通过枝晶阵列发生，其中特征长度尺度，即尖端半径，扩散长度和初级间距，是相同的数量级。这导致枝晶尖端之间的相互作用较弱，并且侧支化急剧减少。然后，所得的不规则的蜂窝状固化图案在与完全熔池固化相当的时间尺度上保持稳定，如在竣工材料中所观察到的。
2018-09-26 cond-mat.mtrl-sci
Additive manufacturing of Ni-Mn-Sn shape memory Heusler alloy -- Microstructure and magnetic properties from powder to printed parts
Technical University of Darmstadt（达姆施塔特工业大学）；University of Kassel（卡塞尔大学）；Fraunhofer Institution for Material Cycles and Resource Strategies IWKS（弗劳恩霍夫材料循环与资源策略研究所 IWKS）；TU Bergakademie Freiberg（弗莱贝格矿业技术大学）
本研究探讨了Ni-Mn-Sn Heusler合金的增材制造，通过DED技术从粉末到打印件分析了微观结构和磁性能，发现Mn蒸发和氧化导致转变温度升高和磁化降低，强调了全流程控制成分与磁性能的必要性。
2023-04-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Uncertainty Quantification and Composition Optimization for Alloy Additive Manufacturing Through a CALPHAD-based ICME Framework
在粉末生产过程中，预合金粉末组成通常偏离目标组成，导致增材制造（AM）部件的不期望的性质。因此，我们开发了一种基于CALPHAD的ICME框架（CALPHAD：calculations of phase diagrams，ICME：integrated computational materials engineering）进行高通量计算和不确定性量化的方法，以高强度低合金钢（HSLA）为例进行成分优化。我们分析了围绕HSLA-115的标称组成的450，000种组成的工艺-结构-性能关系。性能的关键性能，如屈服强度，冲击转变温度和可焊性，进行了评估，以优化组合物。在与初始组成相同的不确定性下，确定了优化的平均组成，这将实现成功的AM构建的概率提高了44.7%。本策略是通用的，并且可以应用于其他合金成分优化，以扩大用于增材制造的合金的选择。这种方法还需要高质量的CALPHAD数据库和ICME预测模型。
2020-12-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Magneto-active composites with locally tailored stiffness produced by laser powder bed fusion
本研究提出单步激光粉末床熔融工艺，通过调控局部激光参数实现磁活性复合材料刚度在2-22MPa范围内的定制，制备的梯度结构驱动器性能优于均质结构，还展示了其在个性化磁响应支架等生物医学领域的应用潜力。
2023-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Synthesis and Characterization of Ultrasonically Atomized Al-Based Alloy Powders for Tunable Thermal Reactivity
本研究通过超声雾化制备微米级铝基合金粉末，利用合金选择和微观结构调控氧化行为，实现可调热反应性，为先进制造提供新路径。
2025-10-07 cond-mat.mtrl-sci
A new high-throughput method using additive manufacturing for alloy design and heat treatment optimization
增材制造（AM）制造的许多合金需要仔细设计后热处理，作为微观结构工程的一个不可或缺的步骤，以进一步提高性能。我们开发了一种高通量的方法，通过制造一个长杆样品热处理下的监测梯度温度区的相变研究，以加速后热处理的AM合金的发展。这种方法已被证明是有效的，在确定时效温度与峰值硬度。我们观察到，通过激光粉末床熔融所研究的高温合金的沉淀强化是占主导地位的，并且晶粒尺寸变化对605和825摄氏度之间的温度不敏感。该方法可应用于其它AM材料的后热处理工艺优化，并进一步辅助新合金的开发。
2020-07-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Selective Laser Reaction Synthesis of SiC, Si$_3$N$_4$ and HfC/SiC Composites for Additive Manufacturing
研究了选择性激光反应烧结技术（SLRS）技术用于生产近净形非氧化物陶瓷，包括SiC、Si $_3$ N $_4$和HfC/SiC复合材料，其可能与流行的粉末床熔融增材制造工艺兼容。使用在选择性激光加工和层形成期间发生的原位反应来产生共价陶瓷的反应结合层。在SLRS过程中，由金属和/或金属氧化物粉末组成的前体材料被制成粉末床，用于转化为非氧化物陶瓷层。激光处理被用来启动同时化学转化和局部粒子间键合的前体颗粒在CH 4或NH 3气体。与反应合成过程相关的几个因素（前体化学，气-固和气-液合成机制，前体蒸气压）进行了研究，得到的微观结构和非氧化物产量。结果表明，单组分前驱体原位转化过程中发生的体积变化对表面层微观结构产生了负面影响。为了避免伴随Si或Hf（其在转化时膨胀）或SiO $_x$（其在转化期间收缩）的转化的内应力和破裂，使用前体组分的优化比率来产生向产物相的接近等体积转化。结果表明，在适当的工艺条件和前驱体选择下，采用一步AM相容工艺可以获得近净形SiC和SiC复合材料。
2022-07-29 cond-mat.mtrl-sci
The interplay of local chemistry and plasticity in controlling microstructure formation during laser powder bed fusion of metals
金属部件的增材制造（AM）通过在多个长度尺度上的高设计灵活性和精度以及惊人的机械性能组合，有望实现比传统制造工艺更大的优势。表征微观结构和机械性能之间的关系仍然是这项新技术的主要挑战之一。一个自然的前兆是识别加工路径对发展中的微观结构的影响。我们结合AISI 316L不锈钢的单轨道激光粉末床融合（LPBF）扫描，有限元分析和大规模三维离散位错动力学模拟的实验研究，以提供对导致增材制造金属中异质缺陷结构形成的潜在机制的独特理解。我们的研究结果表明，位错滑移在凝固细胞壁的中断是负责细胞位错结构的形成，突出的增材制造组件的塑性形变的溶质偏析的意义。这项工作提供了一个机制的角度对异质微观结构的形成，并打开了一个可靠的预测增材制造零件的机械性能的潜力。
2022-03-28 cond-mat.mtrl-sci
Additive manufactured isotropic NdFeB magnets by stereolithography, fused filament fabrication, and selective laser sintering
磁性各向同性NdFeB粉末通过以下增材制造方法进行加工：（i）立体光刻（SLA），（ii）熔丝制造（FFF）和（iii）选择性激光烧结（SLS）。首次使用基于立体光刻的方法来3D打印硬磁材料。FFF和SLA使用聚合物基质材料作为粘合剂，SLS直接烧结粉末。所有方法都使用相同的硬磁NdFeB粉末材料。具有优异表面质量的小特征尺寸的复杂磁体可以用SLA打印。研究和比较了处理后样品的磁性能。SLA可以打印剩磁为388 mT、矫顽力为0.923 T的磁体。一个复杂的速度轮传感应用的磁性设计，并与所有的方法打印。
2019-11-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Compositionally Grading Alloy Stacking Fault Energy using Autonomous Path Planning and Additive Manufacturing with Elemental Powders
本研究将机器人路径规划算法的CGA设计框架应用于快速合金开发，在CoCrFeNi体系中规划并制备层错能单调变化的成分梯度合金，揭示了平衡CALPHAD相预测的局限性。
2025-02-14 cond-mat.mtrl-sci
Mechanical characterization of pharmaceutical powders and correlation with their behavior during grinding
本研究通过纳米压痕表征药物粉末的弹性与塑性，并关联气流磨研磨行为，探讨基于力学数据构建可磨性预测模型的可行性。
2025-08-04 cond-mat.mtrl-sci physics.med-ph
Phase Transformations During Continuous Cooling in Inconel 718 Alloys Manufactured by Laser Powder Bed Fusion and Suction Casting
了解合金在连续冷却过程中的相变对于后处理设计和优化非常重要。在这项工作中，连续冷却转变（CCT）图的Inconel 718合金的激光粉末床熔化（LPBF）和吸铸在不同的均匀化条件下的发展。与所报告研究中的可用CCT图不同，未观察到伽马双撇和伽马撇沉淀。NbC和δ被确定为从γ基体冷却后的沉淀物。重要的是，均质化时间和制造方法被发现会影响NbC颗粒附近的基体中的Nb均匀性，从而显著影响具有高Nb含量的δ相的沉淀过程。在具有高Nb均匀性的合金中，形核过程主要贡献于沉淀，而在具有低Nb均匀性的合金中，沉淀主要与生长过程相关。在0.1 K/s的冷却速度下，亚晶形成，并可导致样品中的最高硬度。本文的研究为Inconel 718合金冷却过程中的工艺-组织-性能关系的研究提供了新的视角，对合金后处理策略的制定具有一定的参考价值。
2022-02-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Impact of Tailored Gamma Irradiation on Pore Size and Particle Size of Poly[Ethylene Oxide]Films: Correlation with Molecular Weight Distribution andMicrostructural Study
聚合物的结构和形态在暴露于高能γ辐射时显著改变。本调查报告的影响，这种辐射的剂量在1 - 30 kGy的范围内的聚（环氧乙烷）[PEO]粉末的粒度与其相关性的分子量分布。还报道了用辐照和未辐照的PEO粉末制备的合成膜的孔径分布和总孔隙率。发现未辐照和辐照的PEO粉末的粒度在0.01 - 1000微米的范围内。已知的是，辐照剂量的变化通过键断裂即断裂产生较低尺寸的颗粒，或者通过交联产生较高尺寸的颗粒。PEO膜的孔径分布和孔隙率对辐照效应有很强的依赖性。使用未辐照和辐照粉末合成的PEO膜表现出在20 - 500 nm范围内的孔尺寸。通过BET吸附技术研究的PEO膜的总孔隙率最初随剂量增加高达3 kGy，然后线性下降高达30 kGy。用未经辐照的PEO粉末浇铸的膜显示多峰孔径分布，但辐照扰动将模态改变为单峰或双峰性质。粒子和孔径的变化也与PEO的microstructures.The文章表明，选择性辐照是能够定制的孔径在一定的制度，从而减少多峰性状。报告的研究可能与催化，传感和过滤等应用有关，其中孔径分布起着至关重要的作用。
2014-11-21 cond-mat.mtrl-sci
Finite Interface Dissipation Phase Field Modeling of Ni-Nb under Additive Manufacturing Conditions
在激光粉末床熔合（L-PBF）过程中，构建的零件经历多次快速加热-冷却循环，导致具有不均匀性能的复杂微观结构。在目前的工作中，一个计算框架，它弱耦合的有限元热模型的非平衡PF模型的发展，在L-PBF过程中的Ni-Nb合金的快速凝固组织进行了研究。利用该框架预测了不同工艺条件下获得的单道熔池显微组织中胞状偏析结构的形貌和尺寸的空间变化以及显微偏析。一个凝固图展示了作为温度梯度和生长速率的函数的微观结构特征的变化。一个平面的细胞过渡预测在大多数的锁眼模式熔池，而平面界面是占主导地位的传导模式熔池。预测的细胞偏析结构的形态和尺寸与实验测量结果吻合得很好。
2020-02-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Powder Spreading and Layer Deposition in Metal Powder Bed Fusion
University of Naples “Federico II”（那不勒斯费德里科二世大学）
本文探讨粉末床熔融技术中粉末铺展与层沉积的机制，分析粉末特性、工艺参数及设备架构对粉末床质量的影响，并介绍离散元法在建模中的应用及粉末工程的发展趋势。
2026-06-23 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph
Knowledge of Process-Structure-Property Relationships to Engineer Better Heat Treatments for Laser Powder Bed Fusion Additive Manufactured Inconel 718
在通过激光粉末床熔融增材制造（AM）生产并经受标准、直接时效和改进的多步热处理的Inconel 718（IN 718）的微观结构内量化位错结构、化学偏析、{γ ^{\prime}、{γ^{ \prime \prime }}、δ沉淀物和Laves相。此外，还记录了仍附着在构造板上的热处理样本与移除的样本的标准热处理。不同的微观结构对室温强度和断裂伸长率的影响。从这些工艺结构性质关系得到的知识用于设计AM-IN 718的在1020 ℃下15分钟的超固溶线固溶退火，随后在720 ℃下老化24小时热处理，其消除Laves和δ相，保留AM特定位错胞，其显示出通过MC碳化物颗粒稳定，并沉淀出致密的{γ^{ \prime }和{γ^{ \prime \prime }}纳米颗粒群。这种“针对AM-IN 718热处理进行优化”的结果是，相对于锻造/增材制造，然后是行业标准热处理IN 718，其性能更优越：无论完工表面光洁度还是机加工表面光洁度，屈服强度、极限强度和断裂伸长率分别相对增加7/10%、2/7%和23/57%。
2019-10-24 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Tailored joint fabrication process derived ultra-low resistance MgB2 superconducting joint
我们报告了超低电阻超导接头使用未反应的复丝MgB 2线通过定制的粉末压实压力与热处理条件下的联合。该接头在20 K自磁场下具有5.48 x 10^-15欧姆的超低电阻和91.3 A的临界电流（Ic）。接头的显微结构和成分研究分别揭示了裂纹和大量MgO。这两个特点在一定程度上降低了接头的Ic，但接头电阻并不受其影响。我们定制的连接工艺将在超导接头开发中发挥关键作用。
2019-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Demonstration of a laser powder bed fusion combinatorial sample for high-throughput microstructure and indentation characterization
使用具有快速测量的组合样品的高通量实验可以用于以减少的时间、成本和努力提供过程-结构-性质信息。开发这些工具和方法对于增材制造至关重要，因为随着原料材料、增材机器和后处理的进步，增材制造经常需要新的工艺-结构-性能信息。在这里，我们展示了商业激光粉末床熔融系统上生产的组合样品的设计和使用，以研究镍高温合金625的60种不同工艺条件：三种不同条件下的五种激光功率和四种激光扫描速度。组合样品进行了表征，使用光学和电子显微镜，X射线衍射，和压痕，以估计的孔隙率，晶粒尺寸，晶体结构，第二相沉淀，和硬度。压痕和孔隙率结果与常规样品进行了比较。组合样品中的较小尺寸区域（3 mm X 4 mm）与具有类似孔隙率（<0.03%）的较大常规样品（20 mm X 20 mm）相比具有较低的硬度。尽管存在这种差异，但组合样品的晶粒尺寸、晶体结构和孔隙率与激光功率和扫描速度的关系以及硬度与应力消除条件的关系仍存在有意义的趋势。
2021-08-03 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Understanding Mechanical Characteristics of FeNiCrCoCu HEA in Nanoscale Laser Powder Bed Fusion via Molecular Dynamics
在高浓度下使多种主要元素合金化的概念导致了具有优异机械性能的高熵合金（HEAs）的发展，使其成为最近主要科学努力的焦点。具有定制微观结构特征的几何复杂HEA可以使用增材制造技术（例如粉末床熔合（PBF））来生产。然而，在PBF过程中的工艺热条件的影响进行了深入的研究，需要有效地制造具有理想的机械特性的HEAs。因此，在我们目前的分子动力学（MD）研究中，我们已经探索了PBF工艺热条件对FeNiCrCoCu HEA机械特性的影响，通过系统地改变激光扫描速度从0.4 μ s/ps到0.1 μ s/ps，单向和反向激光通过从1到4，激光功率从100微瓦到220微瓦。我们的研究表明，将激光扫描速度降低到0.2 μ s/ps的临界速度可以大大提高机械强度，进一步降低会产生严重的表面缺陷。降低的极限抗拉强度（UTS）与在拉伸应变期间标记早期屈服失效的大块固着位错的湮灭有关。或者，材料的强度可以通过在同一目标区域上进行多次单向激光退火来提高，从而由于更微妙的屈服点而导致增强的UTS。增加激光功率有助于改善材料密度，最终导致更高的UTS，即使在非位错的结构。这些发现将有助于研究人员了解潜在的影响，并优化工艺热参数，以利用增材制造制造卓越的HEAs。
2022-07-17 cond-mat.mtrl-sci
A Comparative Analysis of Inconel 718 Made by Additive Manufacturing and Suction Casting: Microstructure Evolution in Homogenization
均匀化是增材制造（AM）部件后热处理中实现均匀微观结构的关键阶段之一。在均匀化过程中，晶粒粗化可能是保留强度的问题，这需要仔细设计时间和温度。因此，适当的均匀化设计对于AM设计变得特别重要，因为加工硬化通常不再是一种选择。在这项工作中，我们发现了一个有趣的现象，在均匀化的吸铸和AM Inconel 718高温合金。通过1180°C的短期和长期等温热处理，我们观察到在吸铸合金中的异常晶粒长大，而在激光粉末床熔合（LPBF）制备的合金中的连续再结晶。均质12 h后，AM样品的晶粒尺寸保持在130 μm左右，甚至略有减小。Nb在AM合金中的均匀性被确定为NbC形成的关键因素，其进一步影响在1180°C下的再结晶动力学。多类型的位错行为进行了研究，以阐明在均匀化合金LPBF后观察到的晶粒细化。该研究为AM合金的微观组织工程提供了一条新的途径，以改善其机械性能，使其优于传统制造的合金。
2020-09-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Nano-size fragmentation of Tantalum in Copper composite using additive manufacturing
本文利用粉末床熔融增材制造制备铜-钽不混溶复合材料，通过激光作用使微米级钽原位碎裂为纳米颗粒，并结合多尺度模拟揭示其强化机制，实现了屈服强度达80 MPa及磨损性能的显著提升。
2025-02-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Elastoplastic coupling to model cold ceramic powder compaction
对涉及粉末冷压的工业过程的模拟可以优化传统和先进陶瓷的生产。作者以前提出的本构模型的能力进行了探讨，以模拟简单的成形过程中，无论是在小应变和大应变制定。该模型是基于弹塑性耦合的概念，提供了密度变化和弹性性能的变化之间的关系，并已定制描述之间的过渡粒状陶瓷粉末和致密的生坯。有限元模拟已经与氧化铝准备按粉末和硅酸铝喷雾干燥的干燥剂的实验进行了比较。模拟结果表明，它是可以考虑在模具壁的摩擦，并预测在成形过程结束时的坯体中的残余应力，密度分布和弹性性能的状态。
2014-04-29 cond-mat.mtrl-sci
Predictive modeling of solidification during laser additive manufacturing of nickel superalloys: Recent developments, future directions
与传统制造工艺相比，增材制造（AM）工艺生产的零件具有更好的物理、化学和机械性能。在AM工艺中，复杂的零件几何形状是由多组分合金粉末以逐层的方式通过多道激光熔化、固化和固态相变在较短的制造时间内以最小的表面精加工以合理的成本生产的。然而，越来越需要通过例如应力消除热处理和热等静压对制造的部件进行后处理，以始终实现均匀的微观结构和性能。AM工艺中的凝固控制晶粒的尺寸、形状和分布、生长形态、元素偏析和沉淀、随后的固态相变以及最终的材料性质。这个过程中的关键问题与多物理场（如流体流动和热量和质量的扩散）和多尺度（长度，时间和温度范围）的挑战有关，这些挑战是由于AM加工过程中局部快速加热和冷却而产生的。通过多尺度建模和模拟，将越来越好地理解合金化学-工艺-微观组织-性能-性能在这一过程中的相互关系。
2017-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Effect of powder bed fusion process parameters on microstructural and mechanical properties of FeCrNi MEA: An atomistic study
在我们的研究中，分子动力学（MD）模拟激光粉末床熔合（LPBF）等摩尔FeNiCr中熵合金（MEA）粉末进行。随着能够在微尺度上打印的较新LPBF技术的发展，需要更深入地了解工艺参数对所制造的FeNiCr MEA产品的微观结构和机械性能的潜在原子效应。根据以前的文献，LPBF工艺的参数已经系统地改变，包括层分辨率从1到6，激光功率从100 μW到220 μW，床温度从300 K到1200 K，激光扫描速度从0.5 μ s/ps到0.0625 μ s/ps。与先前的宏观实验结果一致，原子结果表明，使用较薄层的增材制造比使用较厚层的制造赋予更高的极限拉伸强度（UTS）。然而，后者需要较短的处理时间，但如果激光诱导温度不够高，则会导致小孔缺陷的形成。事实证明，提高温度有助于缓解这一问题。在制备过程中，通过将衬底温度提高到600 K或将激光功率提高到160 μW，观察到多排粉末的UTS增强。然而，超过这些临界极限，由于多个空位的出现，产品的UTS减小。我们目前的研究结果将有助于研究人员在纳米级增材制造产品的生产速度和强度之间找到良好的平衡。
2022-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Modelling of microstructures during in-situ alloying in additive manufacturing for efficient material qualification processes
在这项工作中，提出了一个数值模拟框架相场法的基础上，能够捕捉凝固过程中的异质金属微观结构的演变。所涉及的物理学可以证明特别有用时，不仅研究系统经历热梯度，如在均匀系统，而且在条件下，表现出鲜明的空间梯度，即当这些不均匀性，甚至在介观尺度上存在。为了说明该模型的能力，研究了激光粉末床熔合期间高熵合金的原位合金化作为示例性用例。由此产生的数字孪生模型预计将缩短新材料的开发时间，并大大减少实验资源需求，从而有助于有效的材料鉴定过程。
2021-10-20 cond-mat.mtrl-sci cs.NA math.NA
Comparing the 3D morphology of solid-oxide fuel cell anodes for different manufacturing processes, annealing times, and operating temperatures
本文基于FIB-SEM三维图像数据，研究退火时间、操作温度及浸渗法与粉末技术两种制造工艺对SOFC阳极三维形貌的影响，并通过全局与局部几何描述符定量表征结构异质性。
2025-04-08 cond-mat.mtrl-sci
A peeling approach for integrated manufacturing of large mono-layer h-BN crystals
六方氮化硼（h-BN）是除了石墨之外唯一已知的具有由简单、稳定、非波纹原子薄层组成的结构的材料。虽然历史上以粉末形式用作润滑剂，但h-BN层作为最终薄绝缘体已变得特别有吸引力。实际上，所有新兴的电子和光子器件概念都依赖于从小块体微晶剥离的h-BN，这限制了器件尺寸和工艺可扩展性。在这里，我们通过化学气相沉积工艺解决了单层h-BN的集成挑战，该工艺使晶体尺寸超过0.5 mm，从商业的可重复使用的铂箔开始，并同时允许分层工艺，以实现简单和清洁的层转移。我们展示了顺序拾取的原子层精度的石墨烯/h-BN异质结构的组装，同时最大限度地减少界面污染。我们的工艺开发建立在对潜在机制的系统理解之上。该方法可以很容易地与其他层状材料结合，并开辟了一条可扩展的h-BN层集成和可靠的2D材料器件层堆叠的路线。
2018-07-30 cond-mat.mtrl-sci
MeltpoolNet: Melt pool Characteristic Prediction in Metal Additive Manufacturing Using Machine Learning
在金属增材制造（MAM）中，表征熔池形状和几何形状对于控制打印过程和避免缺陷至关重要。由于MAM工艺的复杂性，很难根据工艺参数和粉末材料预测熔池缺陷。机器学习（ML）技术可用于将工艺参数与熔池中的缺陷类型联系起来。在这项工作中，我们介绍了一个全面的框架，基准ML熔池表征。从80多篇MAM文章中收集了大量的实验数据，其中包括MAM加工条件、材料、熔池尺寸、熔池模式和缺陷类型。我们引入了物理感知的MAM特征化、多功能ML模型和评估指标，为熔池缺陷和几何预测创建了一个全面的学习框架。该基准可以作为熔池控制和工艺优化的基础。此外，数据驱动的显式模型已被确定为估计熔池几何形状的工艺参数和材料性能优于罗森塔尔估计熔池几何形状，同时保持可解释性。
2022-01-26 cond-mat.mtrl-sci cs.AI cs.LG
Tailoring magnetic hysteresis of Fe-Ni permalloy by additive manufacturing: Multiphysics-multiscale simulations of process-property relationships
本研究提出一种解析粉末的多物理场-多尺度模拟方案，以残余应力为关键纽带关联增材制造过程的多物理演化与磁滞特性，明确了Fe21.5Ni78.5坡莫合金性能对工艺参数的依赖关系，为软磁材料磁滞设计提供指导。
2023-02-04 cond-mat.mtrl-sci
A novel process to produce amorphous nano-sized B useful for MgB2 phase synthesis
在本文中，我们报告了一种新的合成路线，以生产硼粉的特点是无定形和具有非常细的颗粒尺寸。该方法可以直接从纳米结构的硼前驱体出发，采用非原位或原位等离子体烧结法合成MgB 2超导粉末，从而提高MgB 2超导粉末的性能。在制造胶带、电线和电缆的过程中，所有的程序步骤的解释和硼粉的化学物理表征，使用X-射线衍射（XRD），扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）技术，报告。并与工业硼作了比较。的磁性和电气特性，如临界温度（TC）和传输临界电流密度（JC t），为MgB 2磁带的初步结果的报告，并与商业硼制备的磁带相比。
2014-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Fabrication of highly dense isotropic Nd-Fe-B bonded magnets via extrusion-based additive manufacturing
各向同性粘结磁体，具有70体积%的高负载率Nd-Fe-B是通过基于挤出的增材制造或3D打印系统制造的，该系统首次实现了大型零件的快速生产。印刷磁体的密度为5.15 g/cm 3。室温磁性能为：内禀矫顽力Hci = 8.9 kOe（708.2 kA/m），剩磁Br = 5.8 kG（0.58 Tesla），能积（BH）max = 7.3 MGOe（58.1 kJ/m3）。然后用两种类型的聚合物涂覆印刷的磁体，这两种聚合物都提高了127 °C下的热稳定性，如通量老化损失测量所揭示的。在25 °C和100 °C下进行的拉伸测试表明，极限拉伸应力（UTS）随着磁体粉末的加载分数的增加而增加，并且随着温度的增加而减小。交流磁化率和电阻率测量表明，3D打印的Nd-Fe-B粘结磁体具有极低的涡流损耗和高电阻率。最后，我们通过反电动势测量表明，安装有3D打印Nd-Fe-B磁体的电机与安装有烧结铁氧体的电机表现出相似的性能。
2017-06-23 cond-mat.mtrl-sci
Deep-Learned Generators of Porosity Distributions Produced During Metal Additive Manufacturing
Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
激光粉末床融合已成为金属增材制造（AM）的一种广泛采用的方法，因为它能够大规模生产复杂的零件，并增加局部控制。然而，AM生产的部件可能会受到不期望的孔隙率的影响，从而对打印部件的性能产生负面影响。因此，控制孔隙率对于产生有效部件是不可或缺的。精确了解孔隙率分布对于精确模拟潜在疲劳和失效区至关重要。以前的研究产生合成多孔微结构已成功地产生高密度，各向同性孔隙率分布的零件，但往往不适用于稀疏的情况下，边界依赖的孔隙分布。我们的工作桥梁这一差距，提供了一种方法，认为这些限制，解构生成问题的组成部分。引入了一个框架，该框架将生成对抗网络与基于Mallat散射变换的自相关方法相结合，以构建单个孔隙几何形状和表面粗糙度的新实现，然后随机重建它们以形成多孔打印部件的实现。生成的部分进行比较，现有的实验孔隙率分布的基础上的统计和尺寸的度量，如最近邻距离，孔隙体积，孔隙各向异性和散射变换的自相关性。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci cs.LG
Reactive Laser Synthesis of Ultra-high-temperature Ceramics HfC, ZrC, TiC, HfN, ZrN, and TiN for Additive Manufacturing
超高温陶瓷（UHTCs）是需要极端温度弹性、耐化学侵蚀环境、耐磨性和机械应力的应用的最佳结构材料。由于各种障碍，利用基于激光的增材制造（AM）加工UHTC尚未完全实现。本文采用选择性激光反应烧结（SLRS）技术制备了HfC、ZrC、TiC、HfN、ZrN和TiN等近净形超高温陶瓷。第IV族过渡金属和金属氧化物前体材料被化学转化并使用在CH 4或NH3气体中的单步选择性激光加工反应结合成UHTCs层，这可能与流行的粉末床熔合技术兼容。首先研究了金属（Hf，Zr和Ti）或金属氧化物（HfO 2，ZrO 2和TiO 2）颗粒的转化，以检查与单组分前体系统的SLRS相关的反应机制和体积变化。单独的金属或金属氧化物的SLRS处理产生接近化学计量的UHTC相，其中碳化物和氮化物的总收率高达100重量%。然而，对于单组分前驱体，气-固反应性引起的体积变化导致产物层中的残余应力和开裂。为了减轻转化引起的应力，采用复合金属/金属氧化物前体来补偿金属（其在转化期间膨胀）或金属氧化物前体（其收缩）的体积变化。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
Machining of Spherical Component Fabricated by Selected Laser Melting, Part II: Application of Ti in Biomedical
钛及钛基合金具有高强度、低密度和优良的耐腐蚀性能。这些特性对于制造用于生物医学应用的轻质和高强度部件至关重要。本文从钛的冶金、力学性能、表面改性、耐腐蚀性、生物相容性和骨结合等方面对钛在生物医学中的应用进行了综述。分析了铸造、粉末冶金、冷热加工、机械加工、激光工程净成形、超塑性成形、锻造和环轧等生物医用钛制造工艺的优缺点。这项研究的贡献是双重的，首先仔细研究了钛和钛基合金在生物医学应用中的体内和体外实验的行为，以确定导致失败的因素，其次是实现所需性能的策略，这些性能对接受外科植入物后改善患者结局的质量至关重要。未来的研究将通过改进生产工艺来制造用于医疗应用的钛，例如在增材制造中使用最佳设计方法，并研究含有其他材料的合金，以获得更好的医疗和机械特性。
2017-03-27 cond-mat.mtrl-sci
Application of Finite Element, Phase-field, and CALPHAD-based Methods to Additive Manufacturing of Ni-based Superalloys
在这项工作中使用的数值模拟研究方面的显微组织和显微偏析的镍基高温合金在激光粉末床熔融增材制造过程中的快速凝固。有限元分析的热建模模拟激光熔池，表面温度与Inconel 625上的原位热成像测量结果一致。提取模拟熔池的几何和热特征，并用于随后的中尺度模拟。在两个长度尺度上模拟了熔池中的凝固。采用Scheil-Gulliver凝固模型和DICTRA软件计算了Inconel 625多元合金枝晶间的显微偏析。相场模拟，使用Ni-Nb作为一个二元类似物的Inconel 625，产生的显微组织与主细胞/树枝状臂间距与实测间距在实验观察到的显微组织和较小程度的显微偏析比预测的DICTRA模拟协议。的组合物配置文件是用来比较热力学驱动力的成核对实验观察到的沉淀物通过电子和X射线衍射分析确定。我们的分析列出了可能由富枝晶间成分的FCC相形成的沉淀物，并将这些沉淀物与在两个温度下1小时热处理的实验观察到的相进行比较：1143 K（870°C）下的应力消除或1423 K（1150°C）下的均匀化。
2017-05-04 cond-mat.mtrl-sci
Reactive Two-Step Additive Manufacturing of Ultra-high Temperature Carbide Ceramics
超高温陶瓷（UHTCs）是需要对极端温度（>2000°C）、高机械负载或侵蚀性氧化环境具有弹性的应用的候选结构材料。使用增材制造（AM）方法将UHTC过渡金属碳化物作为独立材料进行加工尚未完全实现，这是由于它们极慢的原子扩散率阻碍了烧结，并且在间接AM期间体积变化较大，这可能会引起缺陷结构。在这项工作中，一个两步，反应AM的方法进行了研究，形成超高温陶瓷TiCx。使用现成的设备，包括聚合物粉末床熔融AM机和传统的管式炉，以生产具有亚毫米分辨率的UHTC立方体和晶格结构。该加工方案包括：（1）混合有酚醛粘合剂的Ti前体的选择性激光烧结，用于生坯成型，以及（2）生坯在CH 4中的非原位等温气-固转化，以形成TiCx结构。在CH 4中的反应性后处理导致高达98.2重量%的TiC0.90产品收率和由于与Ti到TiC的转化相关联的体积膨胀而在固结期间的净收缩减少。结果表明，反应结合与吉布斯自由能释放与TiC形成产生颗粒间的粘附在低炉加工温度。通过这种工艺粘合高度耐火材料的能力导致结构在热冲击测试期间无裂纹且抗断裂。广泛地说，所提出的增材制造方法可用于生产许多UHTC碳化物，否则这些碳化物可能与不包括反应合成的现行AM技术不兼容。
2022-12-07 cond-mat.mtrl-sci
A Novel Proposal for Manufacturing Steel: OSRAM's CO$_2$ Steel Making Process
本文提出了利用二氧化碳炼钢的概念，并以第一作者的名字命名为OSRAM-CO $_2$ -SM工艺。我们在实验室实验中发现，当使分压为1个大气压的纯CO $_2$气体通过保持在1100 $^o$ C的水平干馏炉24小时时，高碳铬铁金属粉末中的碳含量从7%下降到1%。我们的研究结果清楚地表明，脱碳可以是非常有效的，当CO $_2$是在不稳定的温度下使用时，Boudouard反应是吸热的性质是更有利的。基于这些发现，我们提出了OSRAM-CO $_2$ -SM工艺，其中CO $_2$应用作脱碳剂。CO $_2$将被送入一个专门设计的转炉，该转炉配备有加热机构，以保持来自高炉的内容物处于熔融状态，从而使熔体脱碳。出来的由CO组成的热气体必须在燃烧室中与纯O $_2$的化学计量比例燃烧，以在接近1 atm的分压下产生CO $_2$。该方法将是非常有用的，因为它涉及CO $_2$的再利用和再循环，并且反过来将减少排放到大气中的CO $_2$的总量。
2015-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Understanding defect structures in metal additive manufacturing via molecular dynamics
采用分子动力学模拟研究了单晶金属柱的增材制造。在该模型中，熔池逐渐增加，并在等压条件下冷却到目标温度，以自下而上构建金属柱。共近邻分析（CNA）被用来观察在这个过程中的原子尺度的缺陷的演变。对于添加的熔融层，可以看到凝固沿着两个方向进行。与较冷晶格接触的熔融层具有快速凝固前沿，其与从顶层开始的较慢凝固前沿竞争。缺陷结构的形成强烈地依赖于两个竞争凝固前沿的速度。达到一个临界层厚度，获得无缺陷的单晶作为快速凝固前沿到达顶部的熔体池之前，从顶部的较慢的前端启动。较慢的冷却速率导致缺陷减少，然而，低于临界速率的益处减少。通过将粉末床的温度升高到临界温度，可以显著减少缺陷含量。该温度由两种竞争机制决定：在更高温度下较慢的冷却速率与随着接近熔点而增加的无定形相竞争。最后，研究了软夹杂（SiS2）和硬夹杂（SiC）对缺陷结构的影响。与纯金属相比，硬夹杂物导致保留的缺陷结构，而软夹杂物减少缺陷含量。
2021-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dislocation distribution, crystallographic texture evolution and plastic inhomogeneity of Inconel 718 fabricated by laser powder-bed fusion
塑性不均匀性，特别是局部应变，是导致工程合金失效的主要机制之一。研究了Inconel 718合金增材制造过程中微观组织的空间排列和分布及其对塑性不均匀性的影响。特别是，几何必要位错（GNDs）的密度和空间分布和晶体织构组件进行了检查与空间塑性形变。结合显微镜和EBSD进行原位拉伸试验，以了解建成后微观结构的演变及其对空间和时间变形行为的影响。没有层间旋转的双向扫描策略导致<001>由细立方状{100}织构晶粒分隔的粗高斯状{110}织构晶粒<001>的高度有序的交替排列。这种策略还导致具有规则图案的位错（特别是GND）的整体高密度：细晶粒包含非常高的GND密度，而粗晶粒包含较少的GND，但它们被定向为垂直于扫描方向。虽然这种策略导致了各向同性所需的占主导地位的立方体织构，但在塑性形变期间，立方体织构逐渐减弱，并且不期望的戈斯分量增加。与柱状晶粒形态和对齐的GND排列一起，这种织构演化在变形期间引起强烈的塑性不均匀性。用涉及67°层旋转的棋盘策略替换双向策略导致较低的GND密度和晶体织构和GND的更随机的分布，其中主导的立方体组分（和较低的戈斯织构）在整个塑性形变中保持稳定，从而降低塑性不均匀性。
2023-03-19 cond-mat.mtrl-sci
Emergence of rapid solidification microstructure in additive manufacturing of a Magnesium alloy
本研究结合先进表征与相场建模，揭示了镁稀土合金激光粉末床熔融过程中由快速凝固引发的振荡带状微观结构，为定制兼具几何适配与局部性能优化的生物可降解骨科植入物开辟新途径。
2024-04-24 cond-mat.mtrl-sci
Additive Manufacturing of PEEK/Lunar Regolith Composites for Sustainable Lunar Manufacturing
本研究针对月球原位资源利用需求，探究了不同含量月球风化层模拟物的PEEK复合材料的材料挤出增材制造工艺，确立了加工窗口与性能权衡，为月球基础设施制造提供支撑。
2025-07-27 astro-ph.EP astro-ph.IM cond-mat.mtrl-sci
A Data-Efficient Sequential Learning Framework for Melt Pool Defect Classification in Laser Powder Bed Fusion
West Virginia University（西弗吉尼亚大学）；University of South Carolina（南卡罗来纳大学）
提出SL-RF+框架，结合随机森林、最小置信度采样和Sobol序列合成采样，在数据稀缺环境下高效选择信息样本细化决策边界，提升激光粉末床熔融熔池缺陷分类性能。
2024-11-16 cond-mat.mtrl-sci cs.CE cs.LG
Unsupervised Learning of Part Similarity for Goal-Guided Accelerated Experiment Design in Metal Additive Manufacturing
本文提出一种基于相似性的加速实验设计方法，通过无监督学习部件语义特征移除冗余实验，在保证模型精度和信息增益的前提下显著减少金属增材制造中探究工艺-孔隙缺陷关系所需的实验数量与成本。
2024-05-29 cond-mat.mtrl-sci physics.data-an
