大連理工馬廣義教授：激光-電弧復(fù)合3D打印超高強(qiáng)鋁合金

來源：大連理工大學(xué)新聞網(wǎng)

近日，國際知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》以封面文章刊發(fā)了大連理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院馬廣義教授關(guān)于超高強(qiáng)鋁合金增材制造的最新研究成果“Enhanced high-temperature mechanical properties of laser-arc hybrid additive manufacturing of Al-Zn-Mg-Cu alloy via microstructure control”。

作為可沉淀強(qiáng)化的輕質(zhì)材料，Al-Zn-Mg-Cu合金因其高比強(qiáng)度、高損傷容限和優(yōu)異的可加工性能而被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。由于Al-Zn-Mg-Cu合金較大的凝固區(qū)間，熱膨脹系數(shù)高，開裂敏感性大，熔體流動性差，導(dǎo)熱系數(shù)高等本征性質(zhì)，激光增材制造快速熔凝過程中易出現(xiàn)熱裂紋缺陷；電弧增材制造熱輸入較大，熔池凝固速率較小，但高熱輸入會促進(jìn)粗大晶粒、氣孔以及元素偏析的形成，導(dǎo)致力學(xué)性能降低與各向異性。因此，現(xiàn)有的單一激光或電弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金仍然存在一些不可忽略的問題和挑戰(zhàn)。

馬廣義教授師從機(jī)械工程學(xué)院吳東江教授，長期開展輕質(zhì)合金增材制造研究，創(chuàng)新性地提出了脈沖激光-電弧復(fù)合增材制造技術(shù)。該技術(shù)采用定域可控的脈沖激光作為熱源之一，與熱輸入較大的電弧復(fù)合共同熔化焊絲，通過激光-電弧耦合作用，實(shí)現(xiàn)Al-Zn-Mg-Cu合金構(gòu)件的高質(zhì)量制造。研究人員開發(fā)了形性聯(lián)合調(diào)控的增材與后續(xù)熱處理工藝，發(fā)現(xiàn)了Al-Zn-Mg-Cu合金“成分-相變”聯(lián)合強(qiáng)化機(jī)制：共格納米析出相剪切強(qiáng)化機(jī)制阻礙位錯運(yùn)動。基于熱力學(xué)和動力學(xué)理論，計(jì)算了析出相溶解、形核生長臨界條件，并探討高溫拉伸后微觀組織與力學(xué)性能演變機(jī)理。復(fù)合增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金樣件的常溫抗拉性能>600 MPa，高溫抗拉性能>360 MP，優(yōu)于單一激光或電弧增材制備的Al-Zn-Mg-Cu、Al-Cu以及Al-Mg合金，能夠與常規(guī)鍛造的7075鋁合金相媲美。這些發(fā)現(xiàn)為高性能輕質(zhì)合金制造提供了一種全新的思路。

該項(xiàng)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFB4602401）、國家自然科學(xué)基金（52175291)和遼寧省應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2022-YGJC-22）的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.05.071