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选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)技术作为金属增材制造最主要的工艺技术之一,已经广泛用于铝合金,尤其是AlSi10Mg合金的增材制造研究及应用开发中。本课题对比研究了两种具有不同粒度组成及粉体形貌的AlSi10Mg合金粉体在SLM工艺过程下的致密度差异,揭示了粉体性能对打印致密度的影响;在此基础上选择了打印性能较好的粉体通过系统的Box-Behnken响应曲面实验设计建构了SLM打印工艺参数与AlSi10Mg合金致密度的关系模型;系统进行了AlSi10Mg合金以及AlSi10Mg-SiCp(5 vol.%SiC)金属基复合材料两类材料SLM工艺参数对比研究,通过对比SLM打印工艺的差异性探索SiC陶瓷相的加入对于金属基复合材料致密化行为的影响,并通过Box-Behnken响应曲面实验设计构建了SLM工艺-AlSi10Mg-SiCp金属基复合材料致密度的关系模型;进行了AlSi10Mg合金以及AlSi10Mg-SiCp金属基复合材料两类SLM打印件在T5热处理前后显微结构及力学性能的对比研究,揭示了SLM打印工艺过程及热处理过程对显微结构及力学性能的影响机制。本研究发现:(1)AlSi10Mg合金粉体粒度组成对SLM打印工艺过程的致密化行为有关键性影响,即使在平均粒径相近的情况下,含较多粗粉的AlSi10Mg合金粉体更容易获得较高的打印密度;(2)根据Box-Behnken实验设计方法探索并获得了SLM成型AlSi10Mg合金粉体打印工艺参数(激光功率P,W;扫描速度S,mm/s;扫描间距D,μm)与打印件相对密度的关联关系模型:RD=0.4885+0.0034P-0.0002S+0.0018D+6.38×10-7PS+5.86×10-6PD-7.76×10-7SD-5.97×10-6P2-6.10×10-9S2+1.17×10-5D2该模型给出的最佳SLM工艺方案为激光功率375 W、扫描速度2000 mm/s、扫描间距50μm,在此工艺参数下相对密度可达到98.3%。由于5 vol.%SiC陶瓷相的加入,采用AlSi10Mg合金的最佳SLM打印工艺无法制备高致密度的AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料。本研究在进一步采用Box-Behnken响应曲面法实验设计的基础上得到AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料SLM打印工艺参数(激光功率P,W;扫描速度S,mm/s;扫描间距D,μm)与打印件相对密度的关联关系模型:RD=2.61-0.0224P-0.0059S+0.0105D+8.93×10-5PS+8.63×10-6PD-3.10×10-5SD+5.51×10-5P2-4.69×10-6S2-8.59×10-5D2-2.15×10-8P2S该模型确定了最佳SLM打印工艺为激光功率240 W、扫描速度245 mm/s、扫描间距26.2μm,在此工艺参数下相对密度可达到97.1%。(3)光学显微镜下发现AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料SLM打印件热处理前显微结构及力学性能存在明显各向异性,垂直截面(平行于SLM打印方向的截面)的熔覆区尺寸明显小于水平截面(垂直于SLM打印方向的截面),垂直截面的熔覆线密度明显大于水平截面,在力学性能上表现为垂直截面硬度明显低于水平截面硬度;SEM显微结构分析发现AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料在热处理前都是由ɑ-Al单胞及环绕单胞的Al-Si共晶组织(对应于AlSi10Mg合金),或者Al-Si共晶组织与SiC颗粒的混合组织(对应于AlSi10Mg-5vol.%SiCp复合材料)组成。AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料中SiC与Si颗粒混杂分布,还存在SiC颗粒的偏聚现象;T5热处理显著消除了AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料的熔覆区域界线,使得Si颗粒发生显著长大并均匀分布于ɑ-Al基体中,从而彻底消除了热处理前的ɑ-Al单胞结构;与此同时,T5热处理也显著降低了两种材料的显微结构及力学性能各向异性;(4)硬度测试显示T5热处理明显降低AlSi10Mg合金及AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料硬度,而AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料热处理前后的硬度均高于SLM打印AlSi10Mg合金的硬度;拉伸试验显示SLM打印AlSi10Mg合金热处理前抗拉强度达到468 MPa,延伸率仅为8.3%,而T5热处理后抗拉强度下降到207 MPa,延伸率则提高到19.2%;SLM打印AlSi10Mg-5 vol.%SiCp复合材料热处理前抗拉强度达到495 MPa,延伸率仅为3.7%,而热处理后抗拉强度下降到317 MPa,延伸率则提高到4.2%。