使用液态金属喷射打印技术对纯铝合金7075进行全强度增材制造

《METALLURGICAL AND MATERIALS TRANSACTIONS A-PHYSICAL METALLURGY AND MATERIALS SCIENCE》：Full-Strength Additive Manufacturing of Pure Aluminum Alloy 7075 Using Liquid Metal Jet Printing

液态金属喷射打印技术制备AA7075铝合金部件，通过500°C高温基板和<2000K/s/500K/s双阈值冷却速率控制，实现593MPa强度与10%延展性，无裂纹致密结构，热处理性能超越锻造合金。

　　

摘要

高强度铝合金的增材制造（AM）可以生产出具有独特几何形状和功能的高性能航空航天和生物医学部件。然而，许多高性能合金系统（如AA 7075）在增材制造过程中会遇到挑战，因为热循环会导致热裂纹，这限制了增材制造技术仅适用于适合铸造的合金。传统的AA 7075合金在铸造过程中会形成过多的不溶性沉淀物，需要经过热机械处理才能获得可接受的机械性能。本研究采用液态金属喷射打印技术，成功制造出了高强度（593 MPa）和高延展性（10%）的纯AA 7075部件，其比强度超过了任何类型的钢材。通过将细小的金属滴沉积在高温基板上，减缓了冷却速度，从而防止了热裂纹的发生。实验结果表明，只有当基板温度为500°C且冷却速率低于2000 K/s（防止裂纹）或低于500 K/s（消除孔隙率）时，才能打印出完全致密且无裂纹的部件。经过热处理后，这些部件的拉伸强度、显微硬度和延展性达到了或超过了锻造合金的规格要求，这可能归因于较高的凝固速率，使得形成的不溶性沉淀物更加细微。我们的研究结果表明，现在许多具有挑战性的高性能合金系统都可以通过满足这些冷却速率条件的增材制造方法进行3D打印。

图形摘要

高强度铝合金的增材制造（AM）可以生产出具有独特几何形状和功能的高性能航空航天和生物医学部件。然而，许多高性能合金系统（如AA 7075）在增材制造过程中会遇到挑战，因为热循环会导致热裂纹，这限制了增材制造技术仅适用于适合铸造的合金。传统的AA 7075合金在铸造过程中会形成过多的不溶性沉淀物，需要经过热机械处理才能获得可接受的机械性能。本研究采用液态金属喷射打印技术，成功制造出了高强度（593 MPa）和高延展性（10%）的纯AA 7075部件，其比强度超过了任何类型的钢材。通过将细小的金属滴沉积在高温基板上，减缓了冷却速度，从而防止了热裂纹的发生。实验结果表明，只有当基板温度为500°C且冷却速率低于2000 K/s（防止裂纹）或低于500 K/s（消除孔隙率）时，才能打印出完全致密且无裂纹的部件。经过热处理后，这些部件的拉伸强度、显微硬度和延展性达到了或超过了锻造合金的规格要求，这可能归因于较高的凝固速率，使得形成的不溶性沉淀物更加细微。我们的研究结果表明，现在许多具有挑战性的高性能合金系统都可以通过满足这些冷却速率条件的增材制造方法进行3D打印。

图形摘要