西安交大：一种原位微锻造+冷喷涂工艺，制备高性能铝合金！_风闻

激光增材制造工艺不能有效地生产由高反射率材料制造的零件。冷喷涂则特别适用于增材制造高反射率的金属（例如铜和铝）。西安交通大学雒晓涛等人开发了一种原位微锻造辅助冷喷涂工艺，制备了高性能铝合金AA6061，通过T6热处理可保证AA6061最佳的整体机械性能，但延展性仍有待进一步提高。

目前为止，已经开发了许多基于融合的金属基增材制造（AM）方法，例如选择性激光熔化（SLM），激光工程网成形（LENS），激光金属沉积（LMD）和电子束熔化（EBM）。然而，基于激光增材制造工艺不能有效地生产由高反射率材料制造的零件。电子束熔化金属基增材制造通常可以生产高质量的零件，但是由于高真空要求和相对较低的效率而在商业市场上不太常见。冷喷涂则特别适用于增材制造高反射率的金属（例如铜和铝）。此外，冷喷涂还具有许多独特的优势，例如部件尺寸不受限制，不需要保护性气体气氛，氧化程度最小，没有残余应力引起的开裂以及易于生产复合材料。

日前，西安交通大学雒晓涛等人开发了一种原位微锻造辅助冷喷涂工艺（MF-CS）。与传统的冷喷涂方法相比，原位MF-CS工艺可以喷涂由目标粉末和大型（150-300μm）微锻造颗粒组成的混合物。相关论文以题为“Solid-stateadditive manufacturing high performance aluminum alloy 6061 enabled by an in-situ micro-forging assisted cold spray ”于3月3日发表在Materials Science and Engineering: A。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509320301131

在沉积过程中，具有高冲击能的大MF颗粒就地锻造并进一步压实了暴露的多孔层（就地MF效应）。随后，由于相对较低的冲击速度，大尺寸的MF颗粒被反弹，并且不会污染目标材料。研究表明：冷喷涂沉积物是通过以下方式建立的：在高速冲击下，通过严重的颗粒塑性变形，固体颗粒会在固态中聚集。

图1（a）原料制备，（b）MF-CS工艺和去除基板前后AA6061沉积物的图像，（c）喷涂后热处理条件和（d）拉伸试验尺寸的示意图

结果表明，原位微锻造辅助冷喷涂工艺制造的 AA6061孔隙率非常低，抗拉强度（UTS）和弹性模量（E）也很高。此外，该技术制造的 AA6061由具有各向同性等轴亚微米级细Al晶粒组成。但是，在沉积过程中由于强烈的颗粒塑性变形，导致严重加工硬化，因此延展性非常低。为了消除此限制，对原位微锻造辅助冷喷涂工艺制造的 AA6061进行三种热处理策略（消除应力，重结晶退火和T6）。发现热处理对颗粒间键合和内部颗粒的微观结构（晶粒尺寸，位错密度和沉淀）均产生复杂的影响，并且不同的策略导致AA6061的机械性能不同。其中，经T6热处理的A6061沉积物具有最佳的总体机械性能，具有较好的UTS和E，且延展性仅次于相应的T6块体。

图2（a）MF-CS AA6061沉积物的横截面显微组织；（b）MF-CS AA6061沉积物，LAM制造的AA6061和锻造的AA6061-O机械性能比较

图3 AA6061沉积物的略微蚀刻的横截面（a）沉积的；（b）SR；（c）RA；（d）T6

图4 （a）热处理过的AA6061镀层的特征工程应力-应变曲线和弹性模量；（b）沉积样品、不同热处理样品以及经过T6热处理的LAM制成的AA6061和块状体AA6061的YS，UTS和伸长率的比较

综上所述，该研究采用低成本氮气代替高成本氦气的冷喷涂法，制备了高性能铝合金AA6061。在所有三种热处理条件中，T6热处理可保证AA6061最佳的整体机械性能。另外，虽然T6热处理的AA6061延展性较块状的延展性差，但本文的结果仍可指导进一步研究通过使用低氧含量的粉末来改善延展性。（文：33）

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