北航：电弧增材制造高性能镁合金：缺陷、组织和力学性能

来源：AMF增材制造前沿

航空航天高端装备大型结构件对材料轻量化、高性能化等方面提出了更高的要求，高性能镁合金在运载火箭舱体、卫星支架、发动机机闸等部件具有重要的应用价值。电弧增材制造从成形原理、结构与性能一体化设计的维度为镁合金构件高性能制造开辟了全新的探索领域。

相比于铝合金、钛合金、镍基合金等其他金属材料，镁合金电弧增材制造的相关研究工作还处于探索阶段。可用于电弧增材制造的镁合金种类有限，难以满足航空航天高性能构件不同服役环境的需求；成形过程中的冶金缺陷难以完全消除，形成机制尚未阐明；非平衡凝固过程中的显微组织演化及后处理工艺对组织性能的影响有待于进一步深入研究。

设计专用于电弧增材制造的镁合金元素成分，开发高性能镁合金丝材制备技术，扩充增材制造镁合金的种类；
通过改进电弧热源、调整工艺参数等方法提高电弧-熔滴-熔池的热物理过程稳定性，解决镁合金电弧增材制造过程中非平衡凝固下的缺陷抑制和组织调控，实现镁合金构件的跨尺度形性调控；

探索基于电弧增材制造镁合金的定制化后处理工艺，进一步提高镁合金的性能，拓宽镁合金的应用范围；

建立镁合金电弧增材过程中相关热源能量输入的调控模型，阐明电弧/金属交互作用行为及能量吸收机制，揭示镁合金电弧增材制造工艺-组织-性能的内在关联及性能强化机制，为航空航天高性能镁合金电弧增材制造提供理论指导。

图1 电弧增材制造高性能镁合金研究现状

图2 电弧增材制造高性能镁合金研究展望

作者团队介绍

齐铂金（通讯作者），北京航空航天大学机械工程及自动化学院教授，博士生导师，中国机械工程学会焊接学会理事。长期致力于焊接工艺及设备、先进电源变换技术及应用等方面的研究工作。主持国家863计划、国家自然科学基金以及科技重大专项等课题。研发的航天返回舱焊接工艺装备、航空导管高频感应钎焊技术装备、超音频脉冲方波电弧焊接数字化电源装备及新工艺、焊接/增材制造用电子束源装备等成果，成功应用于我国空天领域多个产品的生产制造，获多项省部级科技奖励，授权发明专利30余项。

曹千卉（第一作者），北京航空航天大学机械工程及自动化学院博士研究生，主要从事高强韧镁合金电弧增材制造技术的研究。以第一作者在Additive Manufacturing、Journal of Alloys and Compounds、Applied Surface Science、Additive Manufacturing Frontiers等国际权威期刊发表论文9篇，参与国家自然科学基金、航天科技高校联合创新基金等项目。获第九届焊接科学与工程国际会议（WSE2023）Young Researcher Award、第四届京津冀高校研究生焊接学术论坛优秀学术报告奖、博士研究生国家奖学金、北航博士研究生新生奖学金、北航优秀学术创新成果奖等多项荣誉。

引用论文
Qianhui Cao, Bojin Qi, Caiyou Zeng, Qingfu Yang, Zihao Jiang, Ruize Zhang, Yong Xie, Fude Wang, Baoqiang Cong. Wire-Arc Directed Energy Deposition of Magnesium Alloys: Defects, Macro-/Microstructure, and Mechanical Performance. Additive Manufacturing Frontiers, 2024, 200166.

https://doi.org/10.1016/j.amf.2024.200166.

文章链接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S295043172400056X‍