高強(qiáng)鋁合金的激光3D打印技術(shù)研究進(jìn)展

金屬激光3D打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最為前沿和最有潛力的技術(shù),，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向,。其中基于自動(dòng)鋪粉的激光選區(qū)熔化成形技術(shù)（Selective Laser Melting,，SLM）主要特點(diǎn)是加工精度高,、后續(xù)幾乎不需要機(jī)械加工,，可以直接制造各種復(fù)雜精密金屬零件,，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)功能一體化,、輕量化，在航空航天,、生物醫(yī)療制造等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用需求,。

目前，SLM技術(shù)所應(yīng)用的材料已涵蓋鈦合金,、高溫合金,、鐵基合金、鈷鉻合金和少量強(qiáng)度不高的鋁合金等材料體系,。高強(qiáng)鋁合金,，作為一種在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的輕質(zhì)材料，在SLM領(lǐng)域的需求日益旺盛,。但是與其他已經(jīng)成功應(yīng)用于SLM的材料相比,，高強(qiáng)鋁合金具有較高的導(dǎo)熱率以及對(duì)激光較高的反射率,，且合金化程度高，結(jié)晶范圍寬,，使得其SLM成形存在有很強(qiáng)的熱裂傾向,，嚴(yán)重限制了其工程應(yīng)用。

為解決現(xiàn)有SLM成形高強(qiáng)鋁合金材料的熱裂問(wèn)題,，武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室激光先進(jìn)制造研究團(tuán)隊(duì)的博士生張虎,、聶小佳等在朱海紅教授的指導(dǎo)下，從傳統(tǒng)鋁合金材料設(shè)計(jì)的角度出發(fā),，通過(guò)在SLM成形高強(qiáng)鋁合金中添加微量元素的方法,，獲得了致密無(wú)裂紋的試樣。在成功抑制熱裂紋的同時(shí),，SLM成形效率大幅提升,；與原有粗大的柱狀晶顯微組織不同,，微量元素改性后的組織為1mm量級(jí)的等軸晶,；在細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的共同作用下，極限抗拉強(qiáng)度提升12%,。

圖 微量元素對(duì)SLM成形高強(qiáng)鋁合金裂紋,、組織和力學(xué)性能的影響

該研究成果突破了現(xiàn)有SLM技術(shù)成形高強(qiáng)鋁合金的工藝瓶頸，有望加速鋁合金材料在激光3D打印領(lǐng)域的工業(yè)化應(yīng)用,。2017年6月,，該研究成果“Effect of Zirconium addition on crack, microstructure and mechanical behavior of selective laser melted Al-Cu-Mg alloy”發(fā)表在金屬冶金工程領(lǐng)域期刊Scripta Materialia（IF：3.305，DOI：10.1016/j.scriptamat.2017.02.036）,。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持

來(lái)源：武漢光電國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(籌)
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