题目：激光熔化沉积铝合金组织与性能研究

                              摘要

    随着航空航天技术的不断发展，对飞行器的性能提出了越来越高的要求。采用高强度的铝合金结构件尤其是大型整体铝合金主承力结构件仍然是减轻飞行器结构重量，提高运载能力和飞行速度的重要技术途径之一。因此高性能铝合金的材料制备和零件制造新工艺和新方法始终是研究的热点。鉴于激光熔化沉积工艺具有成本低、材料利用率高、加工周期短等技术优点，该技术有可能为大型整体高性能铝合金关键金属零件的低成本、短周期、近净成形制造提供新的技术路径。然而，目前国内外关于激光熔化沉积铝合金的报道较少，对于激光熔化沉积铝合金的组织与性能还未见系统的研究。

    本文采用激光熔化沉积技术制备出4045铝合金熔覆层试样和板状试样，研究激光熔化沉积铝合金的显微组织形成和演变规律，并初步探索研究其热处理工艺，测试激光熔化沉积铝合金的力学性能，并分析其断裂机理，分析试样内部冶金缺陷形成机制与预防控制方法，结果表明：

    1．在其它沉积工艺不变的条件下，4045铝合金单层单道熔覆层宽度、熔覆层高度、基材的熔深随着扫描速度增加而减少，气孔率随着扫描速度增加而增加。单层单道熔覆层显微组织由Al枝晶+Al-Si共晶组成，枝晶形貌由底部定向树枝晶向顶部非定向树枝晶转变。一次枝晶间距和二次枝晶间距随着扫描速度增加而减少，显微硬度随着扫描速度增加而增加。单层多道搭接熔覆层的一次枝晶间距和二次枝晶间距并没有随着道次增加而发生明显增加，各个道次的显微硬度也基本相同。

    2．激光熔化沉积4045铝合金板状试样的化学成分与原始粉末相比无明显差异，说明激光熔化沉积过程中合金元素基本没有烧损。

    3．采用激光熔化沉积工艺，制备了具有定向生长树枝晶组织的4045铝合金单道板状试样，其一次枝晶间距约22.3μm，二次枝晶间距约7.5μm，枝晶体积分数约42.7%，试样顶部出现定向树枝晶向非定向树枝晶转变。激光熔化沉积制备的多道搭接板状试样显微组织由熔池中部<100>晶向的定向树枝晶和搭接区“之”字形交替外延生长的定向树枝晶组成。

    4．激光稳态沉积时，当前沉积层从底部到顶部冷却速度的降低导致Si相从珊瑚形貌向片状形貌转变，足够高的重熔率能保证后续沉积层重熔掉当前沉积层顶部片状Si相，热影响作用使紧邻熔合线过热区的珊瑚形貌Si相发生粗大等轴粒状化，导致其显微硬度低于层内区。层内珊瑚形貌Si相在540℃保温20min 即可完成粒状化，并且随着保温时间延长，Si相发生粗化长大，显微硬度降低。

    5．激光熔化沉积4045铝合金沉积态试样呈现出低强度高塑性的力学性能特点，抗拉强度为176.0MPa，延伸率为14.0%。热处理（540℃/1h，AC）并没有明显改善合金的力学性能。沉积态和热处理态试样在拉伸载荷作用下倾向于沿着过热区发生断裂，其断裂机制是Si相脆性断裂和之后颗粒间Al基体的微孔聚集长大韧性断裂。沉积态的室温冲击韧性（12.30J/cm2）略高于热处理态（11.47 J/cm2），沉积态和热处理态试样在冲击载荷作用下倾向于沿着共晶团发生断裂。

    6．激光熔化沉积4045铝合金板状试样中主要包含气孔、熔合不良两种冶金缺陷。真空烘干粉末和保证沉积连续性可有效减少气孔数量；熔合不良的缺陷主要在试样底部出现。

关键词：激光熔化沉积；4045铝合金；显微组织；力学性能；冶金缺陷