钜亮五金：高强铝合金的激光数控加工技术研究取得进展

数控加工技术正在快速改变传统的生产方式和生活方式。作为战略性新兴产业，数控加工技术集成了数字化技术、制造技术、激光技术以及新材料技术等多个学科技术，被誉为有望成为“第三次工业革命”的代表性技术。金属激光数控加工技术作为整个数控加工体系中最为前沿和最有潜力的技术，是先进制造技术的重要发展方向。其中基于自动铺粉的激光选区熔化成形技术（Selective Laser Melting，SLM）主要特点是加工精度高、后续几乎不需要机械加工，可以直接制造各种复杂精密金属零件，实现结构功能一体化、轻量化，在航空航天、生物医疗制造等领域有广泛的应用需求。 
 
目前，SLM技术所应用的材料已涵盖钛合金、高温合金、铁基合金、钴铬合金和少量强度不高的铝合金等材料体系。高强铝合金，作为一种在工业领域有着广泛应用的轻质材料，在SLM领域的需求日益旺盛。但是与其他已经成功应用于SLM的材料相比，高强铝合金具有较高的导热率以及对激光较高的反射率，且合金化程度高，结晶范围宽，使得其SLM成形存在有很强的热裂倾向，严重限制了其工程应用。 
 
为解决现有SLM成形高强铝合金材料的热裂问题，武汉光电国家实验室激光先进制造研究团队的博士生张虎、聂小佳等在朱海红教授的指导下，从传统铝合金材料设计的角度出发，通过在SLM成形高强铝合金中添加微量元素的方法，获得了致密无裂纹的试样。在成功抑制热裂纹的同时，SLM成形效率大幅提升；与原有粗大的柱状晶显微组织不同，微量元素改性后的组织为1mm量级的等轴晶；在细晶强化和析出强化的共同作用下，极限抗拉强度提升12%。 
 

图：微量元素对SLM成形高强铝合金裂纹、组织和力学性能的影响

 
该研究成果突破了现有SLM技术成形高强铝合金的工艺瓶颈，有望加速铝合金材料在激光数控加工领域的工业化应用。2017年6月，该研究成果“Effect of Zirconium addition on crack, microstructure and mechanical behavior of selective laser melted Al-Cu-Mg alloy”发表在金属冶金工程领域期刊Scripta Materialia（IF：3.305，DOI：10.1016/j.scriptamat.2017.02.036）。该研究工作得到国家自然科学基金（编号：61475056）的支持。

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