大連理工馬廣義教授：激光-電弧復合3D打印超高強鋁合金

來源：大連理工大學新聞網(wǎng)

近日，國際知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》以封面文章刊發(fā)了大連理工大學機械工程學院馬廣義教授關于超高強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”。

作為可沉淀強化的輕質材料，Al-Zn-Mg-Cu合金因其高比強度、高損傷容限和優(yōu)異的可加工性能而被廣泛應用于航空航天領域。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，導熱系數(shù)高等本征性質，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，但高熱輸入會促進粗大晶粒、氣孔以及元素偏析的形成，導致力學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)。

馬廣義教授師從機械工程學院吳東江教授，長期開展輕質合金增材制造研究，創(chuàng)新性地提出了脈沖激光-電弧復合增材制造技術。該技術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合共同熔化焊絲，通過激光-電弧耦合作用，實現(xiàn)Al-Zn-Mg-Cu合金構件的高質量制造。研究人員開發(fā)了形性聯(lián)合調控的增材與后續(xù)熱處理工藝，發(fā)現(xiàn)了Al-Zn-Mg-Cu合金“成分-相變”聯(lián)合強化機制：共格納米析出相剪切強化機制阻礙位錯運動�；�于熱力學和動力學理論，計算了析出相溶解、形核生長臨界條件，并探討高溫拉伸后微觀組織與力學性能演變機理。復合增材制造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)為高性能輕質合金制造提供了一種全新的思路。

該項工作得到了國家重點研發(fā)計劃（2022YFB4602401）、國家自然科學基金（52175291)和遼寧省應用基礎研究基金（2022-YGJC-22）的支持。

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