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高性能铝合金定向能量沉积增材制造过程中的机械性能和原位热相关行为
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摘要:
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1.文章导读
定向能量沉积（DED）增材制造（AM）可实现复杂结构件的制备、修复与连接，适用于生物医疗、能源、交通运输等高性能工程领域。然而，可稳定成形、无成形缺陷的增材制造专用合金体系有限，制约了构件力学性能提升，进而限制了DED的大规模推广应用。本研究设计了一种基于Al–Ni–Ce–Mn–Fe体系的增材制造专用合金；采用DED成形后，沉积态构件可获得超细微观组织（＜5 μm）、均匀分布的高强度金属间化合物、低残余应力（＜32 MPa）以及优异的力学性能。在相同工艺条件下，与DED成形的传统铝合金（AlSi10Mg）相比，新合金屈服强度提升70%，抗拉强度提升50%。DED增材制造过程冷却速率快、热演化条件复杂，极大程度决定最终构件的组织与性能。传统表征手段无法捕捉随时间演变的热行为，因此难以从机理层面为合金设计提供有效指导。本研究建立一套全新的多模态原位监测方法，融合同步辐射X射线成像、X射线衍射与红外成像联合原位观测，实现DED过程中热相关行为的定量表征，涵盖相变演化、温度场分布以及应力累积过程；阐明了该合金组织细化与应力演化的核心驱动机制。本研究揭示了特定增材工艺条件下合金成分、热演化行为与材料性能之间的耦合作用规律，可为面向增材制造技术的新一代定制化材料开发提供理论支撑。
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