การวิจัยประเด็นสำคัญในการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์ของโลหะผสมอะลูมิเนียม

01 ความท้าทายร่วมสมัย: เนื่องจากความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงจำเพาะสูง และความต้านทานการกัดกร่อนที่ดีเยี่ยม อลูมิเนียมอัลลอยด์จึงกลายเป็นวัสดุโครงสร้างที่ขาดไม่ได้ในภาคการบินและอวกาศ ยานยนต์ และอุปกรณ์พลังงาน อย่างไรก็ตาม ด้วยความต้องการที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมสมัยใหม่สำหรับรูปทรงที่ซับซ้อนและส่วนประกอบน้ำหนักเบาประสิทธิภาพสูง- วิธีการหล่อและการตัดเฉือนแบบดั้งเดิมต้องเผชิญกับข้อจำกัดพื้นฐานเมื่อการผลิตชิ้นส่วนที่มีช่องภายในที่ซับซ้อน โครงสร้างขัดแตะ และคุณลักษณะผนังบาง- เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อ-โดยเฉพาะ Laser Powder Bed Fusion (LPBF) และ Laser Directed Energy Deposition (LDED)- นำเสนอแนวทางการปฏิวัติเพื่อเอาชนะปัญหาคอขวดในการผลิตเหล่านี้ เทคโนโลยี LPBF สร้างส่วนประกอบที่ซับซ้อนด้วยความหนาแน่นเกิน 99.5% โดยการคัดเลือกการหลอมชั้นผง-ที่ฝากไว้ก่อนแล้วโดยใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูง- สร้างโครงสร้างทีละชั้น ด้วยอัตราการทำความเย็นโดยทั่วไปถึงลำดับ 10⁶ K/s กระบวนการนี้ทำให้เกิดการก่อตัวของสารละลายของแข็งที่มีความอิ่มตัวยวดยิ่งและโครงสร้างจุลภาคที่มีขนาดเล็กมาก-ซึ่งอยู่เหนือสถานะการแข็งตัวที่สมดุลมาก ในทางกลับกัน เทคโนโลยี LDED-ซึ่งใช้การป้อนผงพร้อมกันควบคู่ไปกับการหลอมด้วยเลเซอร์-แสดงให้เห็นข้อได้เปรียบที่ไม่เหมือนใครในการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่เสียหาย การสร้าง-ส่วนประกอบโครงสร้างขนาดใหญ่ และการผลิตวัสดุเกรดตามการใช้งาน อย่างไรก็ตาม อลูมิเนียมอัลลอยด์ต้องเผชิญกับความท้าทายทางกายภาพ-ทางโลหะวิทยาโดยธรรมชาติในระหว่างกระบวนการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์ อลูมิเนียมอัลลอยด์มีการสะท้อนแสงมากกว่า 90% ไปยังเลเซอร์อินฟราเรดใกล้- (ที่มีความยาวคลื่น 1,070 นาโนเมตร) ที่อุณหภูมิห้อง ส่งผลให้ประสิทธิภาพการเชื่อมต่อพลังงานต่ำมาก จำเป็นต้องใช้เลเซอร์ความหนาแน่น-กำลัง-สูงเพื่อสร้างแหล่งหลอมเหลวที่เสถียร นอกจากนี้ ฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนาแน่น (Al₂O₃) จะก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วบนพื้นผิวของโลหะผสมอะลูมิเนียม ด้วยจุดหลอมเหลวที่ 2072 องศา -สูงกว่าจุดหลอมเหลวของอะลูมิเนียมเมทริกซ์ (660 องศา ) อย่างมาก{-ชิ้นส่วนของฟิล์มออกไซด์นี้มักจะละลายไม่หมดภายในบ่อหลอมเหลว โดยมักทำหน้าที่เป็นจุดเกิดนิวเคลียสสำหรับรอยแตกร้าวและแหล่งที่มาของการขาด-ข้อบกพร่อง{33}}จากการหลอมรวม ที่สำคัญที่สุดคือ ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในอะลูมิเนียมเหลว (ประมาณ 0.7 ซม./100 กรัม) นั้นสูงกว่าความสามารถในการละลายของอะลูมิเนียมแข็งอย่างมาก (ประมาณ 0.04 ซม./100 กรัม) ในระหว่างกระบวนการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว อะตอมไฮโดรเจนอิ่มตัวยวดยิ่งไม่มีเวลาเพียงพอที่จะแพร่กระจายออกไป แต่จะสะสมที่ด้านหน้าส่วนต่อประสานของเหลว{-เพื่อสร้างนิวเคลียสฟองก๊าซ และสุดท้ายจะเหลือรูพรุนทางโลหะซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางตั้งแต่ไม่กี่ไมครอนไปจนถึงสิบไมครอนภายในโครงสร้างจุลภาคที่แข็งตัวแล้ว ในขณะเดียวกัน ช่วงอุณหภูมิการแข็งตัวที่กว้างของอะลูมิเนียมอัลลอยด์ (เช่น เกิน 150 องศาสำหรับ Al7075) และการหดตัวของการแข็งตัวอย่างมีนัยสำคัญ (ประมาณ 6%) ทำให้พวกมันมีความไวสูงต่อความพรุนของการแข็งตัวและการแตกร้าวจากความร้อนเมื่อช่องป้อนอาหารที่ส่วนท้ายของบ่อหลอมเหลวปิดลง นี่ถือเป็นความท้าทายหลักที่ต้องเผชิญกับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ซีรีส์ 2xxx และ 7xxx ที่มีความแข็งแรงสูง-ในระหว่างกระบวนการ LPBF นอกจากนี้ คุณลักษณะการหมุนเวียนด้วยความร้อนขั้นสูงสุดของการผลิตแบบเติมเนื้อด้วยเลเซอร์-โดยที่อุณหภูมิบ่อหลอมละลายเฉพาะที่เกิน 2000 องศา ในขณะที่ผงและซับสเตรตที่อยู่โดยรอบยังคงอยู่ระหว่างอุณหภูมิห้องและ 200 องศา ส่งผลให้การไล่ระดับของอุณหภูมิสูงถึง 10⁶ K/m-สร้างสนามความเครียดจากความร้อนที่ซับซ้อนภายในส่วนประกอบที่ประดิษฐ์ขึ้น หากปล่อยทิ้งไว้โดยควบคุมไม่ได้ อาจนำไปสู่การบิดเบี้ยว การเสียรูป และแม้แต่การแตกร้าวระหว่างชั้นได้

02 การออกแบบองค์ประกอบ: ในระดับของการออกแบบองค์ประกอบ ระบบโลหะผสมอะลูมิเนียมซึ่งแต่เดิมใช้ในการหล่อและการตีมักไม่เหมาะสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อ ยกตัวอย่างโลหะผสม AlSi10Mg: แม้ว่าองค์ประกอบยูเทคติกที่อยู่ใกล้-จะทำให้โลหะผสมมีความลื่นไหลดีเยี่ยมในระหว่างการหล่อ แต่ภายใต้สภาวะการแข็งตัวอย่างรวดเร็วของ LPBF โครงข่ายหยาบของเฟสซิลิคอนยูเทคติกกลับกลายเป็นแหล่งที่มาของความเข้มข้นของความเครียดอย่างขัดแย้งกัน นอกจากนี้ ความต้านทานแรงดึงของโลหะผสมที่ 300 องศาจะลดลงเหลือประมาณ 10% ของ-ความแข็งแกร่งของอุณหภูมิห้อง- ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดจากการแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการละลายของโครงสร้างจุลภาคยูเทคติกที่อุณหภูมิสูง ด้วยเหตุนี้ การพัฒนาระบบโลหะผสมอะลูมิเนียมเฉพาะทางที่ปรับแต่งให้เหมาะกับคุณลักษณะเฉพาะของการผลิตแบบเติมเนื้อจึงกลายเป็นจุดสำคัญในการวิจัยในสาขานี้

การวิจัยที่ดำเนินการโดย Chongqing Institute of Green and Intelligent Technology, Chinese Academy of Sciences เผยให้เห็นว่าโดยการเพิ่มปริมาณเล็กน้อยของ Sc (0.2–0.4 wt%) และ Zr (0.1–0.3 wt%) ให้กับโลหะผสมที่มี Al-Mg- เฟสปฐมภูมิ Al₃(Sc,Zr) ระดับนาโน-ที่มีโครงสร้าง L1₂ ที่เรียงลำดับ-สามารถเกิดขึ้นได้ *ใน แหล่งกำเนิด* ระหว่างกระบวนการแข็งตัวอย่างรวดเร็วของ Laser Powder Bed Fusion (LPBF) ระยะนี้แสดงความไม่ตรงกันของโครงข่ายขัดแตะต่ำมาก (ประมาณ 1.3%) กับ -เมทริกซ์อัล จึงทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวเคลียสต่างกันที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งจะปรับแต่งขนาดเกรนจากหลายสิบไมโครเมตรลงไปที่ระดับย่อย-ไมโครเมตร การศึกษายังตั้งข้อสังเกตเพิ่มเติมว่าโลหะผสม SLM-ประดิษฐ์ Al-Mg-Mn-Sc-Zr นำเสนอโครงสร้างเกรนแบบไบโมดัลที่มีลักษณะเฉพาะ: ขอบของบ่อหลอมมีโซนเกรนที่เท่ากันอย่างประณีต โดยมีขนาดเกรนเฉลี่ยประมาณ 1.04 μm ในขณะที่ศูนย์กลางของบ่อหลอมประกอบด้วยโซนเกรนแบบเรียงเป็นแนว-ที่เติบโตไปตามโครงสร้าง ทิศทาง-ด้วยขนาดเกรนเฉลี่ยประมาณ 2.11 μm โครงสร้างเกรนที่ต่างกันนี้เกิดจากการแปรผันเชิงพื้นที่ของการไล่ระดับอุณหภูมิและความหนาแน่นของนิวเคลียสภายในสระที่หลอมละลาย โดยเฉพาะขอบสระหลอมนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยการไล่ระดับอุณหภูมิที่สูงชันและการเสริมสมรรถนะของเฟสปฐมภูมิของ Al₃ (Sc, Zr) ซึ่งส่งเสริมการเกิดนิวเคลียสที่ต่างกัน ในขณะที่ศูนย์กลางของสระน้ำหลอมละลายแสดงการไล่ระดับอุณหภูมิที่มีทิศทางสูงซึ่งเอื้อต่อการเติบโตของ epitaxis ของผลึกตามทิศทางของการกระจายความร้อนสูงสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แม้ว่า Sc จะเป็นองค์ประกอบที่มีราคาแพง (ราคาประมาณ 3,000 เหรียญสหรัฐฯ/กก.) แต่ Zr ก็มีราคาไม่แพงนัก (ประมาณ 30 เหรียญสหรัฐฯ/กก.) การเพิ่มองค์ประกอบทั้งสองนี้รวมกันจะสร้าง-โครงสร้างเปลือก-ที่ประกอบด้วยแกน Al₃Sc และเปลือก Al₃Zr- ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนของขั้นตอนการเสริมความแข็งแกร่งอย่างมีนัยสำคัญ แต่ยังช่วยลดต้นทุนโดยรวมของโลหะผสมได้อย่างมีประสิทธิภาพอีกด้วย ในขณะเดียวกัน ทีมงานจากมหาวิทยาลัย Shanghai Jiao Tong ได้เสนอกลยุทธ์การออกแบบเชิงนวัตกรรมทางเลือกที่มีศูนย์กลางอยู่ที่โครงนาโนยูเทคติก "โครงนาโนยูเทคติกที่เปลี่ยนรูปได้" ทีมงานได้เลือกระบบอัล-Er ใกล้-ยูเทคติก (12.7 wt% Er) เป็นแบบจำลองโลหะผสม ทีมงานได้ใช้ประโยชน์จากความสามารถของ Er ในการสร้างเฟส Al₃Er ด้วยโครงสร้าง L1₂ ร่วมกับ Al; ระยะนี้แสดงความไม่ตรงกันของโครงตาข่ายเพียง 3.96% เมื่อเทียบกับ -อัลเมทริกซ์ และมีลักษณะเฉพาะด้วยระบบสลิปจำนวนมากและความจุสูงสำหรับการจับคู่ ในระหว่างขั้นตอนการพิมพ์ LPBF Al₃Er จะตกตะกอนในรูปของโครงกระดูกระดับนาโนสามมิติที่ต่อเนื่องกัน- ซึ่งคิดเป็นประมาณ 10.3 vol% โครงกระดูกนี้ไม่เพียงแต่สามารถทนต่อความเครียดที่สูงกว่า 1300 MPa เท่านั้น แต่ยังอำนวยความสะดวกในการพักตัวของพลาสติกในระหว่างการเปลี่ยนรูปด้วยการก่อตัวของฝาแฝดที่เสียรูปและการวางซ้อนแบบคาบเวลายาว 9R-โครงสร้างที่ได้รับคำสั่ง- ดังนั้นจึงล้มล้างแนวคิดดั้งเดิมที่ว่าโครงกระดูกยูเทคติกมีความเปราะโดยธรรมชาติ อัลลอยด์ Mg (RAE700) ที่พิมพ์ด้วย Al-Al{51}}Er{52}} ให้ความแข็งแรงของผลผลิตที่ 632 MPa ซึ่งเพิ่มขึ้นอีกเป็น 707 MPa หลังการบำบัดด้วยการชราโดยตรง ขณะเดียวกันก็รักษาการยืดตัวที่ 7–10% ในเวลาเดียวกัน คุณสมบัติที่ครอบคลุมเหล่านี้เหนือกว่าอะลูมิเนียมอัลลอยด์ที่พิมพ์แบบ 3 มิติ-ทั้งหมดที่รายงานไว้ก่อนหน้านี้ นอกจากนี้ ทีมวิจัยที่มหาวิทยาลัยนาโกย่ายังได้พัฒนาชุดโลหะผสม Al-Fe-Mn-Ti โดยใช้กลยุทธ์ "การควบคุมการแบ่งส่วนองค์ประกอบ" การเพิ่ม Cu และ Mn ช่วยให้เฟส Al₆Fe เสถียรได้สำเร็จ-โดยเปลี่ยนเป็นระยะเสริมกำลังที่เป็นประโยชน์-ในขณะเดียวกันก็แนะนำ Ti ไปพร้อมๆ กัน ซึ่งแบ่งเฟสเป็นเฟสของแข็งเพื่อกระตุ้นให้เกิดเกรนละเอียด (เป็นประมาณ 2.3 μm) ด้วยเหตุนี้ โลหะผสมจึงมีความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิห้อง-อยู่ที่ 390 MPa และความเหนียว 14–17% อย่างมีนัยสำคัญ คุณสมบัติทางกลยังคงไม่เปลี่ยนแปลงแม้หลังจากสัมผัสกับความร้อนที่ 300 องศาเป็นเวลา 100 ชั่วโมง

03 การควบคุมกระบวนการ: ความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างพารามิเตอร์ของกระบวนการและไดนามิกของหลอมเหลวเป็นกุญแจสำคัญในการอธิบายกลไกที่ควบคุมการก่อตัวของโครงสร้างจุลภาคในการผลิตสารเติมแต่งด้วยเลเซอร์ของโลหะผสมอะลูมิเนียม พฤติกรรมไดนามิกของของไหลภายในบ่อหลอมเหลวถูกขับเคลื่อนร่วมกันโดยการพาความร้อนของ Marangoni แรงดันหดตัว การลอยตัว และแรงเทอร์โมแคปิลลารี ในบรรดาสิ่งเหล่านี้ แรงเฉือนของ Marangoni- ซึ่งเกิดจากการไล่ระดับแรงตึงผิวที่เกิดจากการไล่ระดับของอุณหภูมิทั่วพื้นผิวสระน้ำที่หลอมละลาย- ถือเป็นแรงหลักที่ผลักดันให้โลหะหลอมเหลวไหลจากศูนย์กลางของสระน้ำไปยังบริเวณรอบนอก ในทางกลับกัน แรงกดหดตัว-ที่เกิดจากการพ่นไอโลหะอย่างแรงภายในรูกุญแจ-จะออกแรงอัดที่ดันโลหะหลอมเหลวไปทางด้านล่างและผนังด้านข้างของรูกุญแจ การศึกษาระบุว่าความหนาแน่นพลังงานเชิงปริมาตร (VED) ทำหน้าที่เป็นตัวชี้วัดที่สำคัญในการพิจารณาการเปลี่ยนโหมดของหลอมเหลว: เมื่อ VED เกินประมาณ 60 J/mm³ ความดันการหดตัวแบบระเหยจะเพียงพอที่จะสร้างรูกุญแจภายในหลอมเหลวที่มีอัตราส่วนกว้างยาวมากกว่า 1 ซึ่งจะเป็นการเริ่มต้น "โหมดรูกุญแจ" ในทางกลับกัน กระบวนการทำงานใน "โหมดการนำ" แม้ว่าโหมดรูกุญแจจะช่วยให้ได้รับวัสดุที่มีความหนาแน่นสูง แต่การแกว่งของรูกุญแจที่ไม่เสถียร-โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การพังทลายของผนังด้านหน้าเป็นระยะ-ถือเป็นกลไกหลักสำหรับการก่อตัวของรูพรุนที่มีรูพรุน (โดยทั่วไปรูพรุนจะมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 50–200 μm) รูพรุนเหล่านี้มีลักษณะเฉพาะด้วยขนาดที่ใหญ่และสัณฐานวิทยาที่ไม่สม่ำเสมอ ซึ่งส่งผลเสียต่อประสิทธิภาพความเมื่อยล้ามากกว่ารูพรุนโลหะขนาดเล็ก{17}}อย่างมาก การวิจัยที่ดำเนินการที่ Northwestern Polytechnical University แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มปริมาณเล็กน้อย (0.15 wt%) ของเครื่องกลั่นเกรน Al-Nb-B ให้กับโลหะผสม AlSi10Mg สามารถปรับค่าคอลัมน์-เป็น-การเปลี่ยนผ่านที่สมดุล (CET) ได้อย่างมีนัยสำคัญ ทำหน้าที่เป็นแหล่งนิวเคลียสที่ต่างกัน อนุภาค NbB₂ และ Al₃Nb ที่ได้จะยกระดับเศษส่วนปริมาตรของเมล็ดธัญพืชที่เท่ากันจากน้อยกว่า 20% เป็นมากกว่า 80%; การแทรกแซงนี้จะช่วยลดอัตราส่วนพลาสติกแอนไอโซโทรปี (หมายถึงอัตราส่วนของการยืดตัวตามยาวต่อตามขวาง) จาก 3.5 เป็น 1.2 ดังนั้นจึงบรรลุสถานะของไอโซโทรปีเกือบสมบูรณ์ คุณลักษณะเชิงวิวัฒนาการของข้อบกพร่องเกี่ยวกับความพรุนแสดงการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันไปตามระบบโลหะผสมอะลูมิเนียมต่างๆ: ในโลหะผสมซีรีส์ Al- Cu ช่วงการแข็งตัวที่กว้างส่งผลให้มีความต้านทานการไหลเพิ่มขึ้นภายในบริเวณที่เป็นเละ ทำให้การป้อนที่มีประสิทธิภาพ (การไหลแบบชดเชยการหลอม) มีความท้าทายมากขึ้น ดังนั้นสัดส่วนปริมาตรของรูพรุนโลหะในโลหะผสมเหล่านี้จึงสูงถึง 1–2% ในทางตรงกันข้าม โลหะผสมซีรีส์ Al-Si-เนื่องจากมีช่วงการแข็งตัวที่แคบซึ่งสัมพันธ์กับองค์ประกอบยูเทคติก-ทำให้ระดับความพรุนสามารถควบคุมได้อย่างมีประสิทธิภาพให้ต่ำกว่า 0.1% การก่อตัวของพื้นผิวคริสตัลมีความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับพฤติกรรมการแข็งตัวของชั้น-ต่อ- เมื่อใช้กลยุทธ์การสแกนทิศทางเดียว 0 องศา<001>พื้นผิวพัฒนาไปตามทิศทางการขึ้นรูป ส่งผลให้เกิดความแตกต่าง 10–20% ระหว่างจุดแข็งของผลผลิตในแนวยาว (ทิศทางการสร้าง) และทิศทางตามขวาง ในทางกลับกัน การใช้กลยุทธ์การสแกนแบบหมุน 67 องศาสามารถลดความเข้มของพื้นผิวให้เหลือระดับการวางแนวแบบสุ่มได้ ดังนั้นจึงกำจัดแอนไอโซโทรปีในคุณสมบัติทางกลได้เป็นหลัก เกี่ยวกับประสิทธิภาพการให้บริการที่อุณหภูมิสูง- อลูมิเนียมอัลลอยด์ที่ผลิตแบบเติมเนื้อมีศักยภาพพิเศษในการเสริมความแข็งแกร่งควบคู่ไปกับความท้าทายเฉพาะเกี่ยวกับการเสื่อมสภาพของคุณสมบัติ บทความวิจารณ์โดย Central South University ได้จัดหมวดหมู่-กลไกการเสริมความแข็งแกร่งที่อุณหภูมิสูงของโลหะผสมอลูมิเนียมที่ผลิตแบบเติมแต่งที่ทนความร้อน- ออกเป็นสามแนวทางหลัก ประการแรก เอฟเฟกต์การทำงานร่วมกันหลาย-องค์ประกอบจะสร้างสถาปัตยกรรมแบบหลายชั้น{11}}ที่มีความเสถียรทางความร้อนโดยการรวมองค์ประกอบต่างๆ ที่มีอัตราการแพร่ที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น ในโลหะผสม Al-Ce-Sc-Zr เฟสยูเทคติก Al₁₁Ce₃ ที่หนาแน่นและสม่ำเสมอ รวมกับ L1₂-Al₃(Sc,Zr) ในแกรนูลจะเกิดการตกตะกอน ทำให้เกิด-เอฟเฟกต์การเสริมความแข็งแกร่งแบบคู่ ช่วยให้โลหะผสมสามารถรักษาความต้านทานแรงดึงได้ที่ 233 MPa ที่ 300 องศา และ 142 MPa ที่ 400 องศา โดยไม่พบเกรนหยาบที่มีนัยสำคัญ แม้ว่าจะสัมผัสกับความร้อนเป็นเวลานานที่ 400 องศาเป็นเวลา 96 ชั่วโมงก็ตาม ประการที่สอง การเสริมความแข็งแกร่งให้กับอินเตอร์เมทัลลิกอาศัยการเลือกสารประกอบอินเตอร์เมทัลลิกที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแพร่กระจายต่ำและมีจุดหลอมเหลวสูง เพื่อสร้างโครงสร้างโครงกระดูกแข็งที่อุณหภูมิสูง ค่าคงที่อัตราการหยาบของเฟส Al₁₁Ce₃ ที่ 400 องศาอยู่ที่ 1.6 nm³/s เท่านั้น-ต่ำกว่าค่าคงที่ของเฟส Al₂Cu ในโลหะผสม Al- Cu แบบดั้งเดิมที่อุณหภูมิเดียวกัน (ประมาณ 100 nm³/s) อย่างมีนัยสำคัญ ความเสถียรของอุณหภูมิสูง-ที่เหนือกว่านี้ช่วยให้อันแรกทำหน้าที่เป็นอุปสรรคที่มีประสิทธิภาพต่อการเคลื่อนที่ของการเคลื่อนที่ ประการที่สาม การควบคุมระดับอะตอม-จะยับยั้งการรวมตัวกันโดยการแนะนำองค์ประกอบการแยกที่ส่วนต่อประสานระหว่างเฟสการเสริมกำลังและเมทริกซ์ การศึกษาได้แสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบต่างๆ เช่น Sc, Zr, Si และ Mn-ซึ่งแยกตัวอยู่ที่อินเทอร์เฟซ θ′-Al₂Cu/ -Al- สามารถลดพลังงานระหว่างผิวและขัดขวางการแพร่กระจายของอะตอมได้ ซึ่งจะเป็นการขยายช่วงอุณหภูมิการใช้งานของอัลลอยด์ซีรีส์ 2xxx- จากขีดจำกัดแบบดั้งเดิมที่ 200 องศาเป็นระหว่าง 250 องศา และ 300 องศา . การศึกษาที่ตีพิมพ์ใน *Nature Communications*-ซึ่งนำโดยนักวิชาการ Lu Jian จาก City University of Hong Kong โดยความร่วมมือกับสถาบันหลายแห่ง-ได้ก้าวไปอีกขั้นที่สำคัญโดยใช้องค์ประกอบที่ไม่บริสุทธิ์ทั่วไปที่พบในโลหะผสมอะลูมิเนียม (Si, Fe, Mn และ Ni) เพื่อพัฒนา-การต้านทานความร้อน โลหะผสม Al-7.44Si-2.34Fe-1.79Mn-1.12Ni ที่ไม่มีส่วนผสมของโลหะมีค่าหรือธาตุหายาก ภายใต้สภาวะการแข็งตัวอย่างรวดเร็ว โลหะผสมนี้ผ่าน-การแยกตัวที่ไม่สมดุล โดยฝัง-การตกตะกอนนาโนระหว่างโลหะหลายองค์ประกอบที่ต้านทานความร้อน-ไว้- ซึ่งครอบครองเศษส่วนปริมาตรสูงถึง 14%- ที่ขอบเขตเซลล์แข็งตัว ดังนั้นจึงสร้างโครงสร้างจุลภาคของเซลล์ที่มีความเสถียรทางความร้อน โลหะผสมนี้แสดงความต้านทานแรงดึงที่อุณหภูมิห้องที่ 582 MPa โดยไม่จำเป็นต้องผ่านการประมวลผลใดๆ เพิ่มเติม โดยมีความแข็งแกร่งที่ 263 MPa และ 114 MPa ที่ 300 องศา และ 400 องศา ตามลำดับ นอกจากนี้ การศึกษายังเผยให้เห็น-เป็นครั้งแรกในอลูมิเนียมอัลลอยด์-กลไกการแข็งตัวที่ขับเคลื่อนโดยการเปลี่ยนแปลงรูปร่างของของแข็ง-: ในระหว่างการเปลี่ยนรูปอุณหภูมิสูง- ส่วนหนึ่งของอนุภาคนาโนระหว่างโลหะจะเกิดการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอสัณฐานของของแข็ง และท้ายที่สุดจะก่อตัวเป็น "อนุภาคอสัณฐาน + อนุภาคนาโน (เฟสอัล1₂ ที่เรียงลำดับ ′-(Ni,Fe)₃Al)" โครงสร้างนาโนไบเฟสิกที่ให้เส้นทางการกระจายพลังงานเพิ่มเติมสำหรับการแพร่กระจายของรอยแตกร้าวที่อุณหภูมิสูง