作 者

刘文杰，申胜男，孟金龙，肖家丰，李辉^*，杜和军，尹乾兴，谭超林^*

机 构

武汉大学，苏州大学，新加坡科技研究局，河南理工大学，新加坡南洋理工大学

Citation

Liu W J, Shen S N, Meng J L, Xiao J F, Li H, Du H J, Yin Q X, Tan C L. 2025. Mechanical field assisted additive manufacturing of ultrahigh strength aluminum alloy. Int. J. Extrem. Manuf. 7 045008.

免费获取全文

https://doi.org/10.1088/2631-7990/adbb95

撰稿 | 文章作者

文章导读

增材制造铝合金在航空航天工业中引起了极大的关注，因其固有的可打印性差，实现超高强度(＞500MPa)铝合金仍然具有挑战性。近期，武汉大学李辉教授团队联合苏州大学谭超林教授等提出了一种将激光粉末床熔融和层间超声喷丸相结合的新型复合增材制造方法，实现了超高强铝合金开发，制备合金的屈服强度超过600MPa，断后伸长率为约为7.5%，并在SCI期刊《极端制造（英文）》期刊上发表了题为“Mechanical field assisted additive manufacturing of ultrahigh strength aluminum alloy”的文章。

图1  分级梯度微观结构设计和超声喷丸辅助激光增材制造方法。

图文解析

分层梯度微观结构定制

激光粉末床熔融增材制造AlMgSc合金因残余拉应力大且内部分布孔隙等缺陷，致使合金的强度不足。研究团队借助超声喷丸技术应用于激光粉末床熔融层间强化，制备出高致密且少缺陷的铝合金零件，并细化晶粒和促进大量的强化相形核（图2）。该混合增材制造AlMgSc合金具有分层梯度微观结构（图3），分别包含晶粒和位错梯度微观组织结构，进而实现了异质结构定制。

图2  复合增材制造AlMgSc合金微观组织结构。

图3  复合增材制造AlMgSc合金的分层梯度微观结构。

机械场辅助增材制造实现超高强铝合金开发

混合增材制造试样经过时效处理后（HAM-HT），HAM-HT试样的屈服强度为609±10MPa、强拉强度为626±19MPa、伸长率为(7.5±2)%，屈服强度和抗拉强度均超过600MPa，同时保持良好的塑性。与沉积态样品相比，HAM-HT样品的屈服强度和抗拉强度分别提高了41.7%和38.8%。此外，与现有文献报道的LPBF、铸造和锻压方法加工的铝合金的力学性能相比，HAM-HT试样是众多LPBF制备的AlMgSc合金中强度-塑性协同性最好之一。

图4  各种工艺下AlMgSc试样的拉伸性能。

总结与展望

本研究通过超声喷丸辅助增材制造技术，定制了分层多级梯度微观结构，实现了超高强铝合金的开发。未来可以结合原位区域超声冲击辅助增材制造技术定制功能梯度微观结构，并进一步应用于航空航天轻质合金开发研究。