香港城大+南科大丨激光增材制造高温力学性能优异的改性2219铝合金

激光粉末床熔化（L-PBF）是金属增材制造（AM）的主要技术之一，由于其能够快速制造具有复杂几何形状的高性能构件而被广泛应用于多个行业。L-PBF加工（L-PBFed）的轻质铝合金具有优异的力学性能，由于其低密度和优异的比强度而备受航空航天和汽车领域的青睐。然而，由于L-PBF过程中的复杂热循环和严重的热应力，仅有少量铝合金能满足航空航天和汽车领域的使用性能要求。此外通过传统方法（即铸造，半固态加工和焊接）制造的沉淀硬化铝合金在凝固过程中会出现严重的热裂纹。

在这项研究中，作者在2219铝合金中添加1 wt.%的二氧化钛（TiO2）纳米颗粒，并从合金的致密化行为、凝固行为、组织演变和力学性能等方面系统研究了TiO2纳米颗粒在L–PBF制备2219铝合金中的作用。

图1（a）打印的2219铝合金和（b）NTM-2219铝合金的3D-CT重建结果和切片图像

结果表明，TiO2纳米颗粒的添加可以细化晶粒，并且可以有效防止L-PBF过程中热裂纹的形成，其主要是因为高晶粒生长限制因子（Q值）的Ti元素的溶质效应，从而打印出具有高致密度（99.97%）的铝合金。加工后的合金在室温和高温下均表现出优异的极限抗拉强度和延伸率，与锻造的合金力学性能相当，并且优于其他AM技术制造的2219铝合金。

相关研究成果以 “Laser powder bed fusion of nano-titania modified 2219 aluminium alloy with superior mechanical properties at both room and elevated temperatures: The significant impact of solute” 为题发表在增材制造领域顶刊《Additive Manufacturing》上。

图3. 经热处理的NTM-2219铝合金的TEM表征结果：（a）柱状晶粒区域的化学成分；（b）细晶粒区和（c）柱状晶粒区的TEM图像；θ′沉淀在不同宽度的α基体晶粒中（d）单个间距和（e）多个间距

https://doi.org/10.1016/j.addma.2022.103296                            

来源：增材制造硕博联盟