【摘 要】
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铝合金具有比强度、比刚度高、导电和导热性能好等优点,是一种重要的轻量化结构材料。传统方法成形高性能铝合金复杂构件时面临形状与性能协同优化难的问题。激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术为高性能铝合金复杂构件的一体化成形提供了新途径。但是,SLM成形传统牌号高强铝合金面临裂纹、孔隙和高残余应力等问题,使传统牌号高强铝合金SLM成形存在较大的困难。为此,本文以传统牌
【基金项目】
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国家自然科学基金“AlSi10Mg/SiC复合梯度材料点阵结构的激光选区熔化成形机理研究”（批准号:51775208）; 湖北省杰出青年基金“面向高超飞行器隔热系统的多材料可控点阵结构的增材制造技术”（编号:0216110085）
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铝合金具有比强度、比刚度高、导电和导热性能好等优点,是一种重要的轻量化结构材料。传统方法成形高性能铝合金复杂构件时面临形状与性能协同优化难的问题。激光选区熔化（Selective Laser Melting,SLM）技术为高性能铝合金复杂构件的一体化成形提供了新途径。但是,SLM成形传统牌号高强铝合金面临裂纹、孔隙和高残余应力等问题,使传统牌号高强铝合金SLM成形存在较大的困难。为此,本文以传统牌号亚共晶Al-Si系合金中的AlSi7Mg为基础,研究了SLM成形工艺及退火热处理对AlSi7Mg组织与性能的调控规律;设计并制备了适合SLM成形工艺的纳米Si C颗粒改性AlSi7Mg新型高强韧、高耐磨复合材料,以及稀土Sc元素改性AlSi7Mg新型高强韧合金;揭示了新型改性合金微观组织演变规律和力学性能强化机制;并以SLM成形AlSi7Mg/nano-SiCp复合材料复杂点阵结构为例,开展了高性能复杂构件形性优化研究。全文主要总结如下:研究了SLM成形传统牌号AlSi7Mg过程中工艺参数（激光功率、扫描速率）对致密度、微观组织、相组成和力学性能的影响规律,并通过退火热处理使残余应力降低了87.6%,退火后的抗拉强度和延伸率分别达到226.32±3.06 MPa和12.87±1.68%,均高于传统AlSi7Mg铸件性能。采用机械球磨法制备AlSi7Mg/nano-SiCp复合粉末,提升了铝合金粉末的激光吸收率,并采用SLM工艺制备出高强韧、高耐磨的AlSi7Mg/nano-SiCp复合材料,抗拉强度和延伸率分别达到502.94±6.4 MPa和10.64±1.06%。虽然复合材料的腐蚀速率更高,但原位反应生成的惰性相nano-Al4C3和少量残余的nano-SiCp可阻断基体连通性,使点蚀坑难以扩大加深。基于Scheil凝固模型设计了Sc改性AlSi7Mg合金,并采用气雾化法制备了AlSi7Mg-x Sc改性合金粉末,亲氧Sc元素与熔池氧原子反应生成Sc2O3可实现熔池脱氧,原位反应相AlSc2Si2与Al基体具有半共格关系,且与熔池边界的Sc2O3和Al2O3协同作用细化了晶粒,使抗拉强度和延伸率分别达到411.05±4.21 MPa和9.45±0.86%。复合材料较低的导热性和较高的熔点改善了SLM制备点阵结构过程中的粘粉现象,因此SLM成形的AlSi7Mg/nano-SiCp复合材料BCC点阵结构比AlSi7Mg合金的BCC点阵结构,其成形精度和抗压性能均提升。本文的研究成果为SLM成形铝合金的工程应用提供了新材料并奠定了理论基础。
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