我中心于文慧老师(第一作者)和郑宏宇教授(通讯作者)在Materials Science in Additive Manufacturing期刊上发表了题为“Processing and characterization of crack-free 7075 aluminum alloys with elemental Zr modification by laser powder bed fusion”的论文。
本文通过激光粉末床熔化技术(LPBF)制备了7075铝合金试样和不同含量Zr改性的试样。通过改变激光功率和扫描速度确定了不同体积能量密度(VED),制备了无裂纹试样。探究裂纹密度和孔隙率随VED的变化规律,揭示了熔池中的微观结构变化以及Zr元素对裂纹的作用机理。结果表明,添加1w.t.%的Zr元素可以降低AA7075的裂纹密度,并且在高VED条件下可以获得无裂纹试样。Al和Zr产生Al3Zr化合物,在熔池边界底部形成了细小的等轴晶,这有利于晶粒的形核和消除裂纹。但由于未熔融颗粒导致熔池流动性降低,Zr改性试样中的球形孔隙增加。因此,通过优化工艺参数和1w.t.%Zr改性,可以实现无裂纹、低孔隙率的7075铝合金试样。
图1. 不同成分的试样在不同(A)激光功率和(B)扫描速度下的相对密度
图2. 不同VED下AA7075和1 w.t.%Zr改性AA7075试样在xz和xy平面上的裂纹密度
图3. 扫描速度1100 mm/s,激光功率250 W(A、E、I、M)、275 W(B、F、J、N)、300 W(C、G、K、O)和325 W(D、H、L、P)的试样的微观结构
图4. 扫描速度为1100 mm/s,激光功率为325 W的样品的SEM图像。(A、C)AA7075,(B,D)1 w.t.%锆改性AA7075
图5. 扫描速度为1100 mm/s,激光功率为325 W的试样TEM图像。在STEM模式下测量的EDS结果