题目：激光快速成形Al–8.5Fe–1.3V– 1.7Si合金显微组织研究

随着科技的高速发展，密度小、强度高的传统铸造铝合金和高强变形铝合金难以满足先进空间飞行器对耐高温、高比强、高比刚等轻质结构材料的苛刻要求，人们对高温性能优良的铝合金的需求越来越迫切。利用快速凝固技术制备的Al–Fe、Al–Cr、Al–Ti基快速凝固耐热铝合金，因具有优异的高低温综合性能迅速进入了人们的视野，并在耐热零部件上得到广泛应用。在Al–Fe–Ce、Al–Fe–V–Si、Al–Cr–Zr等一系列高温铝合金中，美国联信公司研发的Al–Fe–V–Si系合金因具有高比强、高比刚等优异的高温性能而引人注目。目前Al–Fe–V–Si高温耐热铝合金多采用快速凝固–粉末冶金法、喷射沉积法进行制备。快速凝固–粉末冶金法凝固过程冷速快，制备合金综合性能高，但工序复杂、成本高且无法制备大规格构件；喷射沉积法可以集快速凝固、半固态加工和近终成形于一体，工艺简单，但沉积过程中冷速低，无法避免合金中有害相的生成。目前较成熟的制备Al–Fe–V–Si合金快速凝固工艺由于受各方面限制，给大规模生产带来不便，制约了该合金的广泛应用。激光快速成形技术（也称为选择性激光熔化，Selective Laser Melting（SLM））是一种新型的激光快速制造技术，因其制备过程冷速高，可以获得致密度接近100%、形状复杂且机械性能与锻件相当的金属零件，而成为国内外研究热点。
本文对激光快速成形Al–Fe–V–Si合金工艺进行了初步探索。利用真空感应熔炼法制备Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金铸锭，采用氩气雾化法制备雾化粉末，利用雾化粉末进行创新性激光快速成形实验。研究了SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金显微组织特征，并探究了激光功率、扫描速度、扫描间距等参数对合金组织特征影响规律。结果表明：
真空感应熔炼态Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金主要由α-Al、θ-Al13Fe4和Al8Fe2Si三相组成；雾化粉末与SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金主要由α-Al、Al12(Fe,V)3Si和θ-Al13Fe4三相组成。
SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金熔池边界附近可明显观察到三种不同区域：激光熔化区（LMZ）、熔池边界（Border）和热影响区（HAZ）。LMZ区可以观察到胞枝晶态凝固组织或α-Al和纳米相Al12(Fe,V)3Si两相混合区，LMZ区Al12(Fe,V)3Si相尺寸约30~100nm。Border区主要分布着四方或六方θ-Al13Fe4相，相尺寸约0.1~0.5μm。低功率低扫描速度参数下，HAZ区主要由α-Al和Al12(Fe,V)3Si两相组成；而高功率高扫描速度参数下，HAZ区主要由α-Al、Al12(Fe,V)3Si和θ-Al13Fe4三相组成。HAZ区Al12(Fe,V)3Si相尺寸约20~210nm，θ-Al13Fe4相尺寸约0.05~0.3μm。因HAZ区的冷速介于LMZ区和Border区之间，冷速高低直接影响析出相尺寸，因此HAZ区Al12(Fe,V)3Si相比LMZ区Al12(Fe,V)3Si相粗大，而HAZ区的θ-Al13Fe4相则比Border区θ-Al13Fe4相细小。
激光功率、扫描速度和扫描间距三种工艺参数，对SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金显微组织特征影响最大的是扫描速度。扫描速度越高，冷速越高，LMZ区越容易形成胞枝晶态凝固组织；扫描速度越低，冷速越低，LMZ区则越容易形成α-Al基体和Al12(Fe,V)3Si纳米相两相混合区。
SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金的硬度值约为135~370HV，而真空感应熔炼态合金的硬度值仅为40~45HV。SLM成形合金的硬度值远高于真空感应熔炼态合金的硬度，这种现象可归因于SLM成形Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金的组织优化。纳米相Al12(Fe,V)3Si、亚微米相θ-Al13Fe4以及快速凝固过程中产生的固溶强化，都可能使Al–8.5Fe–1.3V–1.7Si合金硬度升高。