近年来，为了得到具有精良力学性能的致密零件，大量研究聚焦于优化LBM的工艺参数。但是，可以用于这种工艺的材料仍旧相称有限，当今最干系的是TA6V，316 L，Inconel 718和AlSi10Mg。只有少数的Al-Si基铸造合金实现了无裂纹制造。对付可焊性差的铸造铝合金，由于工艺过程中存在促进柱状晶成长，并因此引起热裂纹的高温度梯度，LBM技能的运用受到很大限定。对付Al6061和Al7075，LBM的开裂征象尤其严重。
来自法国学者Mathieu Opprecht等人的最新研究表明，添加一定数量的钇稳定氧化锆（YSZ）可以勾引晶粒细化，改变3D打印6061铝合金材料的微不雅观构造，从而肃清热裂纹征象。干系论文以题为“A solution to the hot cracking problem for aluminium alloys manufactured by laser beam melting”于近日揭橥在Acta Materialia。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.07.015
像大多数增材制造（AM）工艺一样，激光熔化（LBM）也是一种逐层制造技能。每个粉末层根据所需的几何形状由聚焦的激光束熔化。LBM的运用潜力紧张为：在大多数情形下，这种技能无需定制模具，即可生产繁芜的功能部件。此外，粉末可以回收利用，减少了制造过程中产生的摧残浪费蹂躏。
对付焊接工艺和LBM工艺中的这两种凝固过程，产生热裂纹的缘故原由大体相似。在这两种情形下，工艺参数都会引起热应力，是造成裂纹的关键成分。但是，彷佛不太可能在LBM工艺中根据这一思路找到大略的办理方案，由于在3D打印的工业实践中无法对热应力加以掌握。要想显著降落热应力，就须要大幅降落温度梯度，而在LBM工艺中，无法通过工艺参数或环境的改变实现这一目标。其次，在热处理过程中，用于产生强化相的合金元素常日会增加凝固温度范围，在之前的研究中，这一点也是十分不利的。此外，在3D打印工艺中，高温度梯度常日会引起沿布局方向拉长的柱晶构造，促进热裂纹征象的产生。
在本文研究中，研究职员利用干混工序将不同数量的钇稳定氧化锆（YSZ）添加到Al6061根本粉末中（所用设备TurbulaⓇ）。实验创造，晶粒细化效果取决于添加的YSZ量。从1％（体积分数）开始，SEM和EBSD图像显示出呈双峰分布的等轴柱状晶粒的微不雅观构造。结果表明，添加2％（体积分数）的YSZ可以完备避免熔池边界上的裂纹。本文基于TEM和DRX研究为3D打印过程中添加剂的利用供应了新的见地。文章在许多现有的凝固模型的根本上谈论了实验结果，重点谈论了实现等轴凝固方案的必要条件。
图1.不同体积分数的稠浊粉末SEM 图像 (a)0.05% ; (b) 0.2%; (c) 1%; (d) 2%; (e) 4%.
图2.光学显微照片显示了YSZ添加后热裂纹敏感性的变革
图3.每单位面积的总裂纹长度与YSZ添加量的关系
图4.不同YSZ体积分数，EBSD图像（灰度等级+粗线表示的晶界）展现的微不雅观构造
本文认为，须要后续事情进一步研究打印材料的力学性能，如：Al3Zr沉淀相和晶粒构造的影响。此外，关于这种新型合金，另一个故意义的研究角度是后期热处理。研究表明，大量的Zr富集于固溶体中。通过适当的时效处理，预期会沉淀出纳米Al3Zr相，从而使基体变硬。
综上所述，根据现有的实验结果，该方法还可运用于其他对热裂纹敏感的铝合金LBM工艺。这项事情实现了迈向完备等轴晶构造的第一步，对材料力学性能的提升十分有益。（文：岳夏）
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