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铝合金纳米颗粒激光增材制造中凝固动力学与颈部生长的分子动力学模拟

DOI：10.1007/s00894-020-04395-4 期刊：Journal of Molecular Modeling 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 激光增材制造是一种通过熔合粉末颗粒逐层构建部件的先进制造工艺。该过程具有多面性，理解粉末颗粒在加工过程中结合的底层物理机制至关重要，这直接影响构建部件的结构和力学性能。本研究针对激光增材制造过程中预合金化铝合金（AlSi10Mg）颗粒的结合现象，建立了经典分子动力学（MD）模型。通过改变激光能量密度（7-17 J/mm2），该模型用于研究不同粒径配对颗粒的颈部生长与结合动力学。模拟结果表明：相比等粒径颗粒，非等粒径颗粒能实现完全结合；且AlSi10Mg颗粒的颈部生长速率随激光能量密度增加而提升。本研究表明，AlSi10Mg纳米颗粒的结合动力学主要受表面扩散、体积扩散及颗粒结合过程中的表面能降低机制支配。该分析将为新部件打印的工艺参数设计与质量控制提供指导准则。
作者： Jyotirmoy Nandy，Seshadev Sahoo，Natraj Yedla，Hrushikesh Sarangi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

建立一个经典分子动力学（MD）模型，用于研究激光增材制造过程中预合金化铝合金（AlSi10Mg）颗粒的熔合行为，并探究在不同激光能量密度条件下，不同粒径配对颗粒的颈部生长及熔合动力学过程。

研究成果

MD模拟模型成功探究了激光增材制造过程中AlSi10Mg纳米颗粒的烧结动力学与颈缩生长机制。主要发现包括：烧结速率随激光能量密度增加而提升，非等粒径颗粒扩散更快，以及表面扩散与体积扩散对烧结过程的影响。该研究为增材制造工艺参数设计与质量控制提供了理论依据。

研究不足

该研究聚焦于纳米级烧结现象，这些现象可能无法直接转化为微米级或块体材料的行为。模拟仅限于预合金化的AlSi10Mg纳米颗粒，可能无法涵盖激光增材制造中所有实际工艺变化。

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