3D打印專用高M(jìn)g含量Al-Mg-Sc-Zr鋁合金

來源：稀有金屬材料與工程

導(dǎo)讀：3D打印也稱增材制造，是將計(jì)算機(jī)中生成零件的三維CAD模型進(jìn)行分層切片處理，將零件的三維形狀轉(zhuǎn)化為一系列的二維輪廓信息，在計(jì)算機(jī)控制下沿特定路徑逐層沉積材料，最終實(shí)現(xiàn)零件的近凈成形。

當(dāng)前，SLM技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于Ti合金、Ni基高溫合金和不銹鋼等合金體系。由于鋁合金粉末具有激光反射率高、表面氧化皮堅(jiān)硬、分散性差和導(dǎo)熱率高等特點(diǎn)，使得鋁合金的SLM研究起步較晚。當(dāng)前SLM成形所用鋁合金主要集中在Al-Si或Al-Si-Mg等傳統(tǒng)鑄造合金體系，但這些合金的強(qiáng)度還無法與傳統(tǒng)鍛造高強(qiáng)鋁合金相比。

高M(jìn)g含量Al-Mg-Sc-Zr合金選區(qū)激光熔化成形性及力學(xué)性能

1）粉末樣品的成形性

合金粉末的SLM成形性較好，Mg含量的增加降低了粉末完全熔化時(shí)的能量密度閥值。高激光功率可有效增加SLM成形樣品的致密度，所獲得樣品的最高相對(duì)密度可達(dá)98.6%。但要想基于寬粒徑分布粉末獲得成形性優(yōu)異的鋁合金需要優(yōu)化SLM成形設(shè)備的氣路系統(tǒng)，避免小顆粒粉末的飛濺對(duì)樣品成形性的影響。

2)SLM成形樣品的顯微組織

SLM成形樣品的微觀組織由熔池邊緣的細(xì)小等軸晶和熔池內(nèi)部粗大晶粒構(gòu)成。合金中Mg元素含量的增加，降低了合金的織構(gòu)和柱狀晶的數(shù)量，并使得樣品的固溶強(qiáng)化效果明顯，其Vickers硬度和壓縮屈服強(qiáng)度分別為(1400±30) MPa和(377±5) MPa，壓縮延伸率為(31±2)%，力學(xué)性能明顯優(yōu)于相同Sc和Zr含量的Al-Mg-Sc-Zr鋁合金。

不同時(shí)效處理?xiàng)l件對(duì)SLM成形樣品結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的影響

通過保留鋁合金粉末中的細(xì)粉區(qū)（<15 μm）和增加合金中Mg的含量，應(yīng)用SLM技術(shù)制備了Al-Mg-Sc-Zr鋁合金，所獲得合金力學(xué)性能優(yōu)異，并且降低了含Sc鋁合金的原料成本，具有可觀的應(yīng)用價(jià)值。

由于熔池內(nèi)部納米粒子的析出，SLM成形Al-Mg-Sc-Zr鋁合金經(jīng)時(shí)效后硬度和強(qiáng)度得到明顯提升，樣品的最佳時(shí)效條件為350 ℃時(shí)效1 h，此時(shí)樣品的硬度、壓縮屈服強(qiáng)度和延伸率分別為(1670±30) MPa、(457±10) MPa和(27±3)%。樣品在350 ℃時(shí)效過程中出現(xiàn)硬度和壓縮屈服強(qiáng)度的雙峰值現(xiàn)象。

參考閱讀：

【1】Geng Yaoxiang, Tang Hao, Luo Jinjie et al. 高M(jìn)g含量Al-Mg-Sc-Zr合金選區(qū)激光熔化成形性及力學(xué)性能. Rare Metal Materials and Engineering[J], 2021, 50(3): 939~947