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材料科学|激光粉末床熔融技术成形铝合金缺陷研究

汉斯出版社

2022-09-01

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导读：

在过去二十年中，增材制造工艺已广泛应用于许多工业领域的复杂形状部件制造，其主要应用领域之一是航空航天业。激光粉末床熔融技术成形铝合金因其具有极高的强度–重量比以及出色的可加工性，在该领域广泛使用。然而，增材制造工艺对高强铝合金的适用性仍受到缺陷的限制。打印过程中铝合金形成的缺陷主要有球化、气孔、表面质量差、裂纹、几何变形等，这些缺陷严重影响了铝合金组织结构的均匀性与完整性，进而影响其综合力学性能。本文概括了粉末床熔融技术打印铝合金过程中缺陷形成的原因及影响。

基本信息：

激光粉末床熔融技术成形铝合金缺陷研究
Study on the Defects of Aluminum Alloy Formed by Laser Powder Bed Fusion Technology

作者：

马成燕, 陶双洋, 韩璐, 屠天涯, 杜英奇, 赵昕阳, 孙金娥*：北京科技大学天津学院，天津

关键词:

铝合金；缺陷；球化；气孔；表面质量；裂纹；几何变形；Additive Manufacturing；Aluminum Alloys；Aerospace；Metallurgical Defect；Comprehensive Mechanical Property

项目基金：

天津市大学生创新创业训练计划项目资助(202113898013)。

原文链接：

https://www.hanspub.org/journal/PaperInformation.aspx?paperID=55255

内容简介：

在汉斯出版社《材料科学》期刊中，有论文针对铝合金在激光粉末床熔融成形加工时产生的缺陷，国内外研究学者持续开展的广泛的研究工作中得出结论：开发有效的加工技术、采用后热处理工艺或拓宽加工工艺窗口等在一定程度上可有效改善、避免 LPBF 成形铝合金球化、裂纹、孔隙、表面质量、几何变形等缺陷的形成，获得高度致密的铝合金，并优化其组织结构，协调提升其强度–塑性综合性能。

到目前为止，针对如何高效降低铝合金在粉末床熔融成形过程中易氧化、球化及开裂，形成微观非平衡组织等冶金缺陷问题，国内外研究学者已经开展了大量的研究工作。Jia 等人[20]采用 LPBF 技术成功打印了 Al-Mn-Sc 合金，通过添加高含量 Mn (4.52 wt%)获得高强度铝合金，其屈服强度达到 570 MPa，致密度 99.5%。中南大学李瑞迪等人通过 LPBF 技术，添加微合金化元素 Sc 和 Zr 开发了一种新型铝合金 Al-Mg-Si-Mn-Sc-Zr，研究发现铝合金的显微组织得到了明显细化，主要由亚微米细胞晶组成，其中有纳米 Al3(Sc, Zr)原位析出和 Al-Mg2Si 共晶形成，力学性能也得到了提高，抗拉强度为 497 MPa，伸长率为 11%。该合金经热处理后，试样的抗拉强度可进一步提高为 550 MPa，伸长率在 8%~17%之间。综上，在受微合金化元素(Mn、Sc、Zr)强化启发的同时，通过拓宽激光加工工艺窗口及应用后热处理工艺制度，可有效消除了孔隙、裂纹等缺陷，成功获得高度致密，且兼具强度–塑性协调提升的 LPBF 成形高强铝合金。

近年来，随着增材制造技术的快速发展，世界各个国家对增材制造技术的关注与研究倍增，我国政府对 3D 打印技术研发的支持力度也不断加强，先后推出十几项关于 3D 打印的政策。2021 年科技部公布的“十四五”国家重点研发计划中，其中，特别包含增材制造技术先进铝合金高效加工及综合性能的研究内容。相信，在通过增材制造技术不断开发新型高强铝合金的研究中，粉末床熔融技术制备的高强度铝合金能满足其在航空领域、汽车、医药等多行业领域对先进铝合金部件制造的要求，并广泛应用。

1.付卫, 邓琦林. 稀土La2O3对激光熔覆316 L合金粉末熔覆层性能的影响[J]. 冶金工程, 2017, 4(1): 70-76.

https://doi.org/10.12677/MEng.2017.41010

2.蒋茂华. 激光光束相干合成技术与激光锁模技术的比较研究[J]. 光电子, 2018, 8(4): 210-217.

https://doi.org/10.12677/OE.2018.84027

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https://doi.org/10.12677/IaE.2022.101002

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https://doi.org/10.12677/MS.2020.104023

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https://doi.org/10.12677/APP.2018.87042

所属期刊

-Material Sciences-

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