絲材3D打印2024/7055鋁合金梯度結(jié)構(gòu)組織與性能分析

艾 森， 常 亮， 王立凱， 劉長(zhǎng)猛， 符 瑞

(1.中國(guó)飛機(jī)強(qiáng)度研究所計(jì)算結(jié)構(gòu)技術(shù)與仿真中心， 西安 710065; 2.北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院， 北京 100081)

金屬梯度結(jié)構(gòu)是一種新型輕質(zhì)多功能結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過激光成型、電弧送絲、激光鋪粉等增材制造技術(shù)(additive manufacturing，AM)，將兩種以上的金屬材料通過加熱熔化沉積連接為一個(gè)整體，實(shí)現(xiàn)成型與連接同步完成[1-2]。金屬梯度結(jié)構(gòu)的整體成型工藝不僅可以根據(jù)實(shí)際需求的強(qiáng)度、剛度、壽命、功能等要求對(duì)材料的分布進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，而且可以實(shí)現(xiàn)梯度區(qū)材料屬性的連續(xù)變化、均勻過渡。憑借著這方面的顯著優(yōu)勢(shì)，金屬梯度結(jié)構(gòu)在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的特殊結(jié)構(gòu)部件(如機(jī)翼整體翼梁、機(jī)身框過渡區(qū)等)選材中，具有廣闊的應(yīng)用前景[3]。

正是由于可觀的應(yīng)用潛力，近年來很多中外學(xué)者都對(duì)金屬梯度結(jié)構(gòu)的材料設(shè)計(jì)、制備與性能分析等開展了大量的研究工作。Wu等[4]利用激光熔覆沉積(laser engineered net shaping，LENS)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了316L不銹鋼到Ni25合金的梯度過渡；基于此，Gualtieri等[5]利用LENS技術(shù)沉積了硬質(zhì)合金和不銹鋼的復(fù)合涂層；Zhao等[6]利用電子束選區(qū)熔化(SEBM)成型工藝制備了Ti-6Al-4V合金多孔梯度結(jié)構(gòu)，得到的結(jié)構(gòu)性能明顯提高；同樣，F(xiàn)ousová等[7]對(duì)Ti-6Al-4V合金梯度結(jié)構(gòu)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲得了梯度結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能與孔隙率之間的關(guān)系。中國(guó)方面，何波等[8]利用激光沉積技術(shù)制備了TC4/TC11雙鈦合金梯度結(jié)構(gòu)，研究了各梯度層組織和性能；趙忠民等[9]利用離心反應(yīng)熔鑄工藝制備了TiB2基陶瓷/42CrMo合金鋼梯度結(jié)構(gòu)；黃金鑫等[10]、黃傳收等[11]也做了類似的研究。……