北航：電弧增材制造高性能鎂合金：缺陷、組織和力學性能

來源：AMF增材制造前沿

航空航天高端裝備大型結(jié)構(gòu)件對材料輕量化、高性能化等方面提出了更高的要求，高性能鎂合金在運載火箭艙體、衛(wèi)星支架、發(fā)動機機閘等部件具有重要的應用價值。電弧增材制造從成形原理、結(jié)構(gòu)與性能一體化設計的維度為鎂合金構(gòu)件高性能制造開辟了全新的探索領域。

相比于鋁合金、鈦合金、鎳基合金等其他金屬材料，鎂合金電弧增材制造的相關研究工作還處于探索階段�？捎糜陔娀≡霾闹圃斓逆V合金種類有限，難以滿足航空航天高性能構(gòu)件不同服役環(huán)境的需求；成形過程中的冶金缺陷難以完全消除，形成機制尚未闡明；非平衡凝固過程中的顯微組織演化及后處理工藝對組織性能的影響有待于進一步深入研究。

設計專用于電弧增材制造的鎂合金元素成分，開發(fā)高性能鎂合金絲材制備技術(shù)，擴充增材制造鎂合金的種類；
通過改進電弧熱源、調(diào)整工藝參數(shù)等方法提高電弧-熔滴-熔池的熱物理過程穩(wěn)定性，解決鎂合金電弧增材制造過程中非平衡凝固下的缺陷抑制和組織調(diào)控，實現(xiàn)鎂合金構(gòu)件的跨尺度形性調(diào)控；

探索基于電弧增材制造鎂合金的定制化后處理工藝，進一步提高鎂合金的性能，拓寬鎂合金的應用范圍；

建立鎂合金電弧增材過程中相關熱源能量輸入的調(diào)控模型，闡明電弧/金屬交互作用行為及能量吸收機制，揭示鎂合金電弧增材制造工藝-組織-性能的內(nèi)在關聯(lián)及性能強化機制，為航空航天高性能鎂合金電弧增材制造提供理論指導。

圖1 電弧增材制造高性能鎂合金研究現(xiàn)狀

圖2 電弧增材制造高性能鎂合金研究展望

作者團隊介紹

齊鉑金（通訊作者），北京航空航天大學機械工程及自動化學院教授，博士生導師，中國機械工程學會焊接學會理事。長期致力于焊接工藝及設備、先進電源變換技術(shù)及應用等方面的研究工作。主持國家863計劃、國家自然科學基金以及科技重大專項等課題。研發(fā)的航天返回艙焊接工藝裝備、航空導管高頻感應釬焊技術(shù)裝備、超音頻脈沖方波電弧焊接數(shù)字化電源裝備及新工藝、焊接/增材制造用電子束源裝備等成果，成功應用于我國空天領域多個產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，獲多項省部級科技獎勵，授權(quán)發(fā)明專利30余項。

曹千卉（第一作者），北京航空航天大學機械工程及自動化學院博士研究生，主要從事高強韌鎂合金電弧增材制造技術(shù)的研究。以第一作者在Additive Manufacturing、Journal of Alloys and Compounds、Applied Surface Science、Additive Manufacturing Frontiers等國際權(quán)威期刊發(fā)表論文9篇，參與國家自然科學基金、航天科技高校聯(lián)合創(chuàng)新基金等項目。獲第九屆焊接科學與工程國際會議（WSE2023）Young Researcher Award、第四屆京津冀高校研究生焊接學術(shù)論壇優(yōu)秀學術(shù)報告獎、博士研究生國家獎學金、北航博士研究生新生獎學金、北航優(yōu)秀學術(shù)創(chuàng)新成果獎等多項榮譽。

引用論文
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.

文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S295043172400056X‍