大连理工刘黎明教授顶刊丨利用气孔缺陷实现电弧增材制造多孔金属创新结构
大连理工大学材料科学与工程学院刘黎明教授、张兆栋副教授团队与合众新能源汽车股份有限公司合作，在《Materials & Design》（中科院一区，Top，影响因子8.4）发布最新研究成果“Wire Arc Additive Manufacturing of Porous Metal Using Welding Pore Defects“，提出了一种新颖的电弧增材制造工艺来生产多孔金属（PM）。刘黎明教授与张兆栋副教授为共同通讯作者。
该创新工作将有害的焊接气孔缺陷转化为有益的粉末冶金结构，然后可以逐层增材制造粉末冶金零件。将空气作为气孔促进剂转移到熔池中，以最大限度地形成焊接气孔缺陷。三线间接电弧工艺用于制造多层零件，以减少层间填充。主要优点是该工艺可以直接产生大孔结构，而不是在激光增材制造中沿着微路径沉积孔壁。孔隙均匀直径范围为500～2700μm，典型孔隙率为64%、49%和87%。该工艺可实现11.5kg/h的高沉积速率。由于马氏体的形成，孔壁可以获得超过200HV的高显微硬度。
工作亮点
（1）电弧增材制造(WAAM)工艺利用焊接缺陷生产多孔金属；
（2）WAAM工艺可以直接生产大孔结构；
（3）孔径为500～2700μm；
（4）典型的孔隙率为64%、49%和87%；
（5）孔壁显微硬度达到200HV以上。
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图1. 多空金属的WAAM示意图
图2. 不同焊接条件下的焊束表面：(a) 单焊丝，(b) 带空气输入的单焊丝，(c) 带空气输入的双焊丝。
图3. 三丝间接电弧增材多孔钢的微观结构
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主要结论
该工作提出了一种新颖的电弧增材制造工艺来生产多孔金属。这项创新是将有害的焊接气孔缺陷转化为有益的粉末冶金结构。该工艺的主要优点是它可以直接产生宏观孔结构，而不是在激光增材制造中沿着微路径沉积孔壁。主要发现如下。
1）空气作为促进剂，转移到熔池中可以增加气孔缺陷的形成。因此，不同的焊接工艺实现了气孔的均匀分布。关注公众 号: 增材制造硕博联盟，免费获取海量增材资料，聚焦增材制造研究与工程应用！
2）大沉积层可以通过双丝电弧焊工艺增材制造。单沉积层的宽度在5至10毫米之间。多孔钢的特性可以通过改变焊接参数来调节。均匀孔径在500～2700mm之间，典型孔隙率为64%、49%和87%。
3）多孔钢的整体硬度在155~287HV之间，显微硬度分布显示孔壁中心硬度较高，而表面附近硬度相对较低。
4）提出了三丝间接电弧焊来制造多层结构。形成了一种新的焊缝结构，薄壁覆盖下面的多孔钢。TWIW可以实现高达11.5kg/h的高沉积速率。
5）主要晶粒生长发生在垂直方向(z)，与热能梯度相对应。马氏体是沉积形成的主要相
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