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激光熔化沉积等增材制造技术具有无需模具、设计自由度高、生产周期短等优点,尤其适用于轨道交通、航空航天领域小批量、复杂构件的制备。然而铝合金激光吸收率低、易氧化,沉积过程中容易产生孔隙缺陷等问题,限制了这种材料的工程应用。本文以铝硅共晶合金为主要研究对象,研究了激光熔化沉积过程中孔隙缺陷的形成过程,分析了超声除气和重熔除气的工艺、机理。探讨了超声振动、重熔及其复合工艺对激光熔化沉积试样的组织、力学性能的影响,并将超声波辅助激光重熔试件与传统的铸造试件进行对比分析,验证了超声波辅助激光熔化沉积制备高性能铝合金构件的可行性。主要结果如下:Al-12Si合金激光熔化沉积层中存在未熔合及气孔两种缺陷。通过调节激光功率、扫描速度、扫描间距等参数可以消除未熔合缺陷,然而仍有4.6%左右的气孔残留。该气孔主要为氢气孔,大部分来源于金属粉末。通过对沉积层进行激光重熔和施加超声振动能够有效降低气孔率,主要除气机制为重熔过程延长了熔池的存在时间,超声波的空化和声流作用加速了气体的逸出。在激光功率1 100 W、扫描速度6 mm/s,扫描间距1 mm,重熔功率1 100 W,超声功率1 000W的超声波辅助激光重熔复合工艺下,可获得最大致密度为99.1%的沉积试件。对四种主要激光沉积工艺(激光熔化沉积、超声波辅助激光熔化沉积、激光重熔、超声波辅助激光重熔)所得的Al-12Si试样进行微观组织和力学性能分析。可知沉积层微观组织主要由铝固溶体和铝硅共晶组成,宏观上呈各向异性特征。与激光熔化沉积工艺相比,超声波辅助激光重熔的平均致密度由95.4±0.4%提高到98.2±0.9%,α-Al的平均晶粒尺寸由71.8μm细化至19.4μm,抗拉强度和延伸率分别提高了17%和53%。其中α-Al的晶粒细化主要是由于超声波的形核增殖和枝晶破碎作用,而致密度的提高是超声和重熔共同作用的结果。超声波辅助激光重熔与传统的铸造法相比制得的铝硅共晶合金具有相似的成分和致密度,由于激光的快速冷却特征和超声波的空化及声流效应,α-Al枝晶的尺寸范围由铸造试样的15-540μm细化至7.5-97.5μm,铝固溶体的体积分数由11-16%增加至45-55%。硅颗粒也由铸态时的5.6-32.1μm细化至2μm以下。微观组织的变化也带来了力学性能的提高,与传统铸造法相比,超声波辅助激光重熔沉积法显微硬度明显提高,抗拉强度、屈服强度和延伸率分别可达107±4MPa、227±3 MPa、12.2%±1.4%,较铸件相应拉伸性能分别提高了51%、38%和56%。