導(dǎo)讀：本文采用選擇性激光熔化(SLM)法制備了AlNi6TiZr合金。通過(guò)分析不同過(guò)程參數(shù)下打印樣品的打印質(zhì)量和力學(xué)性能，得到了AlNi6TiZr的激光熔化法下的成形窗口。Z 270 W-1100 mm/s，激光能量密度為82 J/mm3下的打印樣品相對(duì)密度達(dá)到99.7%，展現(xiàn)其具有優(yōu)異的力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度(YS): 421.7 MPa；極限抗拉強(qiáng)度(UTS): 480.4 MPa)。經(jīng)過(guò)325℃，12 小時(shí)的時(shí)效處理后，樣品的屈服強(qiáng)度和極限抗拉強(qiáng)度分別提高到494 MPa和550.7 MPa。Ni、Ti、Zr組分的加入促進(jìn)了鋁合金中多相析出相的生成，提高了多相的協(xié)同強(qiáng)化效果。Al3 Ni相在晶界處形成的硬殼組織(HSS)顯著增強(qiáng)了晶界強(qiáng)度。晶界處析出的Al3(Ti, Zr)相阻礙了晶粒的生長(zhǎng)和位錯(cuò)的移動(dòng)。Al3Ni和Al3(Ti, Zr)相具有良好的熱穩(wěn)定性，在高溫下仍能保持優(yōu)異的增強(qiáng)效果。AlNi6TiZr合金在中高溫環(huán)境中具有廣闊的應(yīng)用前景。

增材制造(AM)作為一門(mén)新興技術(shù)，因其具有部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、加工精度高、材料利用率高等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛關(guān)注。與其他傳統(tǒng)加工方法相比，增材制造技術(shù)可以制造出結(jié)構(gòu)更復(fù)雜、性能更高的零件。其中，選擇性激光熔化(SLM)技術(shù)是發(fā)展前景最好的增材制造技術(shù)之一，它利用高功率激光束，對(duì)金屬粉末進(jìn)行局部熔化并逐層堆疊，從而制造出具有高精度尺寸、優(yōu)異力學(xué)性能的零件。由于其獨(dú)特的冶金性能，選擇性激光熔化（SLM）零件與常規(guī)加工方法制備的零件存在明顯的顯微組織方面和力學(xué)性能方面的差異。建立材料、微觀組織和力學(xué)性能之間的聯(lián)系是選擇性激光熔化零件推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

鋁合金具有密度低、力學(xué)性能優(yōu)良、耐腐蝕等特點(diǎn)，因此在航空航天和汽車(chē)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，由于紅外激光的流動(dòng)性差、反射率高，在選擇性激光熔化法打印過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氣孔和熱裂缺陷。為了提高選擇性激光熔化法下鋁合金的質(zhì)量，研究人員開(kāi)始對(duì)鋁合金改善的構(gòu)成結(jié)構(gòu)。目前，大多數(shù)選擇性激光熔化法下鋁合金僅限于共晶或近共晶鋁硅合金，如AlSi7Mg和AlSi12。鋁硅合金具有良好的流動(dòng)性和低的熱裂傾向，有利于制造致密的零件。但鋁硅合金高溫組織不穩(wěn)定(富硅相斷口)，其高溫性能有待進(jìn)一步提高。為了使打印出來(lái)的鋁合金既具有較高的抗拉強(qiáng)度又具有良好的耐熱性，開(kāi)發(fā)新型耐熱鋁合金已成為研究熱點(diǎn)。    

為了滿(mǎn)足選擇性激光熔化快速凝固和耐熱鋁合金的要求，本研究設(shè)計(jì)了一種新的AlNi6TiZr合金成分，并成功地利用選擇性激光熔化法制備了具有優(yōu)異力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性的合金樣品。本文詳細(xì)討論了該合金多相協(xié)同強(qiáng)化的機(jī)理，提出AlNi6TiZr合金有望為高強(qiáng)度鋁合金的設(shè)計(jì)提供有效參考，而且能夠進(jìn)一步促進(jìn)實(shí)現(xiàn)該合金的推廣應(yīng)用。

燕山大學(xué)的相關(guān)研究以“Microstructure, mechanical properties and multiphase synergistic strengthening mechanisms of a novel laser additive manufactured AlNi6TiZr alloy”為題發(fā)表在Journal of Material Science & Technology上。    

鏈接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S100503022300782X

圖1.AlNi6TiZr合金粉末:(a) SEM形貌;(b)粒徑分布。

圖2.不同SLM工藝參數(shù)下AlNi6TiZr合金的SEM孔隙率分布。    

圖3.打印工藝參數(shù)與試樣相對(duì)密度的關(guān)系。

圖4.AlNi6TiZr合金的顯微組織:(a)試樣側(cè)面;(b)試件的中表面;(c) Al， (d) Ni， (e) Ti， (f) Zr元素分布特征;(g) AT試樣(325℃-12 h)的顯微組織。

圖5. AB試樣AlNi6TiZr合金的晶粒形貌、晶界分布和晶粒尺寸分布:(a-c);(d-f)為時(shí)效處理的標(biāo)本。    

圖6.AB合金的透射電子顯微鏡（TEM）圖像:(a)單激光熔池邊界;(b)激光熔池邊界處的細(xì)晶粒區(qū);(c)激光熔池中心區(qū)的粗粒區(qū);(d, e)位錯(cuò)堆積和位錯(cuò)細(xì)胞;(f)單個(gè)錯(cuò)位細(xì)胞。

圖7.AT合金的TEM圖像:(a)晶粒圖;(b)粒度統(tǒng)計(jì)圖;(c)單個(gè)顆粒的圖像。

圖8.325℃不同熱處理時(shí)間下AlNi6TiZr合金的拉伸性能:(a)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn);(b) AB和AT試樣的強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率比較。

圖9.AlNi6TiZr合金的斷口形貌為(a-c) AB狀態(tài)和(d-f) at – 12小時(shí)狀態(tài)。  

圖10.AlNi6TiZr合金高溫拉伸性能:(a)應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn);(b)強(qiáng)度與伸長(zhǎng)率比較;(c-e) AlNi6TiZr合金高溫拉伸斷口形貌。          

圖11. 325℃時(shí)效不同時(shí)間后AlNi6TiZr合金的顯微硬度:(a)中間表面;(b)側(cè)面;(c)平均顯微硬度比較。              

圖12.AB試樣和AT試樣的X-ray diffraction(XRD)譜圖。右上圖為紅色虛線(xiàn)框部分的特寫(xiě)。          

圖13. HAADF-STEM下AB試樣元素分布圖:(a)合金暗場(chǎng)圖像;(b)基地;倪(c);(d)毫克;(e)如果;(f) Zr型;(g)鈦;(h) Mg2Si相元素點(diǎn)掃描結(jié)果。              

圖14. HAADF-STEM下AT試樣元素分布圖:(a)合金暗場(chǎng)圖像;(b)鋁 (c)鎳;(d)鎂;(e)硅;(f)鋯 ;(g)鈦;(h) Al3(鈦、鋯)相元素線(xiàn)掃描結(jié)果。          

圖15. AB樣品的相分布及鑒定:(a) Mg2Si和Al3Ni相的TEM圖;(b) Al3Ni相;(c) Mg2Si相和α-Al;(d)單粒TEM圖像;(e) α-Al和Al3Ni相;(f) α-Al的衍射圖;(g) Al3Ni相的衍射圖。   

圖16. AT合金的相分布及鑒別:(a) Al3(Ti, Zr)相的分布特征;(b) Al3Ni相;(c) α-Al和Al3(Ti, Zr)相。

結(jié)論:

（1）AlNi6TiZr合金具有優(yōu)異的抗裂性能和選擇性激光熔化適應(yīng)性。在270 W-1100 mm/s下制備的樣品具有較高的相對(duì)密度(99.7%)。

（2）時(shí)效處理后，AlNi6TiZr合金試樣的平均晶粒尺寸由1.30 μm增大到1.33 μm，表現(xiàn)出良好的熱穩(wěn)定性。時(shí)效處理過(guò)程中，由于Al3Ni相的硬殼結(jié)構(gòu)和Al3(Ti, Zr)在晶界上的釘扎效應(yīng)，晶粒生長(zhǎng)受到抑制。

（3）SLMed AlNi6TiZr合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能(屈服強(qiáng)度: 421.7 MPa, 極限抗拉強(qiáng)度: 480.4 MPa, FE: 8.5%)。經(jīng)325℃下12 小時(shí)后，合金的力學(xué)性能進(jìn)一步提高(屈服強(qiáng)度: 494 MPa, 極限抗拉強(qiáng)度: 550.7 MPa,斷裂延伸率: 9.7%)。在斷口形貌上觀察到大量圓形和橢圓形的韌窩，表明斷裂方式為韌性斷裂。

（4）AlNi6TiZr合金在200°C和250°C時(shí)的抗拉強(qiáng)度分別下降27.1%和44.9%。但與其他SLMed耐熱鋁合金相比，AlNi6TiZr在中溫條件下仍具有優(yōu)異的力學(xué)性能。