中科大梁海弋Mater. Sci. Eng., A：鋁合金3D打印技術新突破

【引言】

選擇性激光熔化(SLM)技術是近年來極具應用前景的金屬增材制造技術之一。該項技術通過計算機輔助設計(CAD)，利用高能激光源在受控條件下逐層熔化金屬粉末，并逐層固化，從而制造出三維幾何形狀的零件。與其他金屬3D打印技術相比，金屬SLM有望打破設計和生產周期的瓶頸，從而徹底改變傳統制造工藝，極大的提高生產效率，節約生產成本。然而，由于SLM凝固過程中的高冷卻速率，所制造部件的微觀結構和力學性能與鑄造或鍛造合金有很大不同。最近，有學者報道了經SLM工藝所得鋁合金的力學性能及微觀結構，發現其延展性得到了顯著提高。

【成果簡介】

近日，來自中國科學技術大學的梁海弋教授和同濟大學的L.F. Wang (共同通訊作者)等人在Mater. Sci. Eng., A上發布了一篇關于鋁合金3D打印的文章，題為“Enhancement in mechanical properties of selectively laser-melted AlSi10Mg aluminum alloys by T6-like heat treatment”。作者通過T6熱處理，包括在535oC下的固溶處理和158oC下10小時的人工時效處理，以控制選擇性激光熔化（SLM）AlSi10Mg合金的力學性能。研究結果表明，熱處理樣品的拉伸強度下降了19.97％，而伸長率則提高了155％。同樣，彎曲強度下降了6.1％，而T6熱處理后，斷裂撓度急劇增加了122.9％。因此，T6熱處理可以顯著提高鋁合金的延展性，而不會降低其拉伸/彎曲強度。

【圖文導讀】

圖1 SLM工藝過程示意圖

(a) 操作參數；

(b) 掃描方式；

(c) 拉伸、彎曲樣品示意圖。

圖2 金相照片

(a) 通過SLM工藝制備出的樣品；

(b) 放大倍率的光學顯微鏡圖像；

(c) T6熱處理后的樣品；

(d) 垂直截面的金相照片。

圖3 經T6熱處理后樣品的拉伸斷口微觀形貌圖

(a) 全景圖；

(b) 孔隙和突起的氧化區；

(c) 凹坑分布；

(d) 更高放大倍數的SEM照片；

(e) 圖b中孔隙周圍突起部位的EDS元素分析。

圖4 經T6熱處理后樣品的彎曲斷口微觀形貌圖

(a) 斷口SEM照片；

(b) 凹坑分布；

(c) 更高放大倍數的SEM照片；

(d) 氧化區域的SEM照片；

(e) 背散射電子圖像；

(f) SLM樣品的彎曲斷口形貌。

圖5 樣品中Si的分布

(a) 硅化物的SEM照片；

(b) a圖放大；

(c) 經SLM工藝所得鋁合金的EDS圖；

(d) 經T6熱處理所得鋁合金的EDS圖。

【小結】

本文報道了經T6熱處理后SLM鋁合金的力學性能。作者研究了T6熱處理對致密化、硬度、拉伸/彎曲強度及其微觀結構的影響，并得出以下結論：

(1) T6熱處理對鋁合金致密度幾乎沒有影響；
(2) 與SLM制造的樣品相比，熱處理樣品的硬度降低20％；
(3) 斷面伸長率提高至155％，同時T6熱處理可以消除各向異性的影響；
(4) 與SLM樣品相比，熱處理樣品的斷裂撓度增加了122.9％，彎曲強度下降了6.1％。因此，T6熱處理可以有效地提高斷裂韌性并抑制裂紋的萌生。

文獻鏈接：Enhancement in mechanical properties of selectively laser-melted AlSi10Mg aluminum alloys by T6-like heat treatment?(Mater. Sci. Eng., A, 1 August, 2018 , DOI: 10.1016/j.msea.2018.07.103)

本文由材料人編輯部金屬學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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