北航：電弧增材制造高性能鎂合金：缺陷、組織和力學(xué)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(yùn)載火箭艙體、衛(wèi)星支架、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)閘等部件具有重要的應(yīng)用價(jià)值。電弧增材制造從成形原理、結(jié)構(gòu)與性能一體化設(shè)計(jì)的維度為鎂合金構(gòu)件高性能制造開辟了全新的探索領(lǐng)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(guān)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(jī)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(jìn)一步深入研究。

設(shè)計(jì)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(kuò)充增材制造鎂合金的種類；
通過改進(jìn)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(shí)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(jìn)一步提高鎂合金的性能，拓寬鎂合金的應(yīng)用范圍；

建立鎂合金電弧增材過程中相關(guān)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(jī)制，揭示鎂合金電弧增材制造工藝-組織-性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)及性能強(qiáng)化機(jī)制，為航空航天高性能鎂合金電弧增材制造提供理論指導(dǎo)。

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(tuán)隊(duì)介紹

齊鉑金（通訊作者），北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì)理事。長期致力于焊接工藝及設(shè)備、先進(jìn)電源變換技術(shù)及應(yīng)用等方面的研究工作。主持國家863計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金以及科技重大專項(xiàng)等課題。研發(fā)的航天返回艙焊接工藝裝備、航空導(dǎo)管高頻感應(yīng)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(yīng)用于我國空天領(lǐng)域多個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造，獲多項(xiàng)省部級(jí)科技獎(jiǎng)勵(lì)，授權(quán)發(fā)明專利30余項(xiàng)。

曹千卉（第一作者），北京航空航天大學(xué)機(jī)械工程及自動(dòng)化學(xué)院博士研究生，主要從事高強(qiáng)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(xué)基金、航天科技高校聯(lián)合創(chuàng)新基金等項(xiàng)目。獲第九屆焊接科學(xué)與工程國際會(huì)議（WSE2023）Young Researcher Award、第四屆京津冀高校研究生焊接學(xué)術(shù)論壇優(yōu)秀學(xué)術(shù)報(bào)告獎(jiǎng)、博士研究生國家獎(jiǎng)學(xué)金、北航博士研究生新生獎(jiǎng)學(xué)金、北航優(yōu)秀學(xué)術(shù)創(chuàng)新成果獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)。

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