大连理工马广义教授：激光-电弧复合3D打印超高强铝合金

来源：大连理工大学新闻网

近日，国际知名期刊《Journal of Materials Science & Technology》以封面文章刊发了大连理工大学机械工程学院马广义教授关于超高强铝合金增材制造的最新研究成果“Enhanced high-temperature mechanical properties of laser-arc hybrid additive manufacturing of Al-Zn-Mg-Cu alloy via microstructure control”。

作为可沉淀强化的轻质材料，Al-Zn-Mg-Cu合金因其高比强度、高损伤容限和优异的可加工性能而被广泛应用于航空航天领域。由于Al-Zn-Mg-Cu合金较大的凝固区间，热膨胀系数高，开裂敏感性大，熔体流动性差，导热系数高等本征性质，激光增材制造快速熔凝过程中易出现热裂纹缺陷；电弧增材制造热输入较大，熔池凝固速率较小，但高热输入会促进粗大晶粒、气孔以及元素偏析的形成，导致力学性能降低与各向异性。因此，现有的单一激光或电弧增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金仍然存在一些不可忽略的问题和挑战。

马广义教授师从机械工程学院吴东江教授，长期开展轻质合金增材制造研究，创新性地提出了脉冲激光-电弧复合增材制造技术。该技术采用定域可控的脉冲激光作为热源之一，与热输入较大的电弧复合共同熔化焊丝，通过激光-电弧耦合作用，实现Al-Zn-Mg-Cu合金构件的高质量制造。研究人员开发了形性联合调控的增材与后续热处理工艺，发现了Al-Zn-Mg-Cu合金“成分-相变”联合强化机制：共格纳米析出相剪切强化机制阻碍位错运动。基于热力学和动力学理论，计算了析出相溶解、形核生长临界条件，并探讨高温拉伸后微观组织与力学性能演变机理。复合增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金样件的常温抗拉性能>600 MPa，高温抗拉性能>360 MP，优于单一激光或电弧增材制备的Al-Zn-Mg-Cu、Al-Cu以及Al-Mg合金，能够与常规锻造的7075铝合金相媲美。这些发现为高性能轻质合金制造提供了一种全新的思路。

该项工作得到了国家重点研发计划（2022YFB4602401）、国家自然科学基金（52175291)和辽宁省应用基础研究基金（2022-YGJC-22）的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2023.05.071