Abstract
Målet med denne studien var å benytte 10 mm ekstrudatprofiler fra kontinuerlig skrueekstrusjon
av metaller (Metal Continuous Scew Extrusion, MCSE), en ny metode for fast tilstandsproduksjons
av metalltråd for additiv tilvirkning av en aluminium matriks nanokompositt tynnvegg
ved bruk av kaldmetalloverføringteknologi (CMT). I denne masteroppgaven ble et titankarbidforsterket
10mmekstrudat av AA5183 aluminium-magnesium-legering benyttet, samt et AA5183
ekstrudat uten forsterkning. Ekstrudatene ble trukket og barbert ned til 1.2mm diameter sveisetråd
for additiv tilvirkning med metalltråd og lysbue av en 233x8x84 mm3 tynnvegg på en AA6082
baseplate. En tredjedel av veggen ble deponert uten titankarbid nanopartikkel-forsterkning for
sammenligning. Mikrostrukturen i tynnveggen ble karakterisert ved bruk av optisk lysmikroskopi.
Porositet ble undersøkt ved micro X-ray computational tomography (micro-CT) og scanning
electron microscopy (SEM). Vickers mikrohardhet og mekanisk styrke ble undersøkt for °a vurdere
komponentens mekansike egenskaper.
Sammenligning av de to seksjonene i veggen viste en nedgang på 86% i kornstørrelse ved
tilsats av titankarbid nanopartikler til AA5183-legeringen. En nedgang i kornstørrelse fra 64 μm
til 9 μm. Den titankarbid-forsterkede delen av veggen viste likeakset mikrostruktur, hvorledes
den uforsterkede delen viste store områder med kolumnær kornstruktur grunnet store temperaturgradienter
innad i materialet, som hindret kolumnær til likeakset overgang. Titankarbid
nanopartikler ble hovedsaklig funnet agglomerert på korngrensene, som tyder på partikkelskyving
under den raske størkningen av fast/flytende grensesenittet. Formasjon av intermetallisk
Al3Ti ble observert, med opprinnelse fra kjemisk reaksjon mellom titankarbidpartiklene
og aluminiumsmatriksen ved høye temperaturer.
Undersøkelse av porositet viste ekstrem poredannelse i tynnveggen, hele 25%. Gjennomsnittlig
porediameter ble estimert til 102 μm for den titankarbid-forsterkede delene av tynnveggen,
og 42 μm for den uforsterkede delen. Det er antatt at flere faktorer bidrar til porositet i
tynnveggen, slik som: høyt oksidinnhold, hydrogenlargrinskapasitet i titankarbidpartikler, samt
prosessparametere under ekstrudering og additiv tilvirkning.
Mekanisk testing viste en Vickers microhardhet på 88 HV0:1 for den titankarbid-forsterkede
delen. Strekktesting viste anisotropiske strekkegenskaper gjennom hele tynnveggen, med en
forlengelse på 5.9 EL og strekkfasthet på 179 MPa parallelt på deponeringsretningen (x), sammenlignet
med en forlengelse på 2.7 EL og strekkfasthet på 118 MPa i vinkelrett på deponeringsretningen.
Den ekstreme porositeten er antatt å være hovedårsak til svake strekkegenskaper.
Ved å tilpasse aluminiummatriks nanokompositter gjennom valg av nanopartikler, begrense
porositet og tuning av prosessparametere, kan en signifikant forbedring av additivt tilvirkede
komponenter være mulig i fremtiden.