Termoelektriskās magnetohidrodinamikas parādību izpēte metālu aditīvajā ražošanā

Abstract

Metālu aditīvā ražošana (AM) ir jauna tehnoloģija par kuru ir nepieciešami pētījumi un uzlabojumi, lai tā varētu konkurēt ar pašreiz metalurģijā pielietotajām metodēm. Metālu AM procesa laikā lokāli tiek pievadīts siltums un tiek izkausēts izmantotais ražošanas materiāls, rezultātā veidojot mazu šķidrā metāla apgabalu. Tas, kā izkausētais šķidrais metāls sacietē, tieši ietekmē rezultējošā objekta morfoloģiju un mikrostruktūru. Materiālos ar lielu Zēbeka koeficientu un dēļ metālu AM procesa lielajiem temperatūras gradientiem var inducēties ievērojamas termoelektriskās strāvas. Termoelektriskās strāvas ar ārēja magnētiskā lauka iedarbību var ietekmēt izkausētā šķidrā metāla plūsmu. Kušanas mazo mērogu dēļ ir grūti veikt tiešus novērojumus un mērījumus, tāpēc šajā darbā tiek pielietota skaitliskā modelēšana ar Comsol, kopā ar mērogotiem modeļeksperimentiem tiešai izpētei un skaitlisko modeļu verificēšanai. Izmantojot pielietotās metodes ir iespējams izpētīt termoelektriskās magnetohidrodinamikas parādību darbības mehānismus un novērtēt termoelektrisko efektu lomu aditīvās ražošanas apstākļiem.

Metal Additive Manufacturing (AM) is a new technology that needs research and improvement to be able to compete with the methods currently used in metallurgy. During the metal AM process, heat is applied locally and the used production material is melted, resulting in a small area of liquid metal. How the molten liquid metal solidifies directly affects the morphology and microstructure of the resulting object. In materials with a high Seebeck coefficient and due to the large temperature gradients of the AM process of metals, significant thermoelectric currents can be induced. Thermoelectric currents under the influence of an external magnetic field can affect the flow of liquid metal. Due to the small scale of melting, direct observations and measurements are difficult, so this work applies numerical modeling with Comsol, together with scaled model experiments for direct investigation and verification of numerical models. Using the applied methods, it is possible to study the mechanisms of thermoelectric magnetohydrodynamic phenomena and evaluate the role of thermoelectric effects in additive manufacturing conditions.