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详细信息

　　

　　高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗侵蚀性，成为了航空航天和汽车运用零件最常用的金属资料之一。电弧增材缔制技巧具有疾捷原位成形缔制杂乱组织零部件的才干，异常实用于中型或大型高强铝合金铝部件的缔制。本文归纳认识了高强铝合金电弧增材缔制工艺和筑立研发近况、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及重要的功能优化权术，协商了机闭和功能的固有特色和复合增材缔制技巧对机闭和功能的影响。针对电弧增材缔制高强铝合金弗成疏忽的性子冶金缺陷、特色功能需乞降众种优化工艺的优下等题目，提出了电弧增材缔制高强铝合金归纳评议编制、因素安排和丝材拓荒、专用热统治轨制和复合增材缔制技巧的协同性等起色宗旨，以期为电弧增材缔制高强铝合金的功能提拔和运用推论供应首要参考。

　　1. 北京工业大学 汽车组织部件先辈缔制技巧教训部工程钻探中央，北京 100124

　　正在工业革命疾捷起色的新时间，新型工程资料的需求也正在连续的加众，以是必要不妨引颈当代全邦走向更新的、更疾的、更强的和更节能的新缔制工艺时间［1］。丝材电弧增材缔制（WAAM）连合了守旧焊接技巧和增材缔制，运用了电弧行动热源，以填充焊丝行动原料实行逐层重积，直到创筑出所需的3D样式组织件。WAAM比拟于减材缔制和其他增材缔制工艺，固然呈现期间相对较短，但加工资料损耗更少［2］，具有重积效用高、筑立本钱低、资料使用率高、不妨缔制大尺寸构件、安排自正在度高、资料可用性遍及、同化缔制和对境遇污染低等上风［3］，越来越受到稠密工业缔制界限的体贴，正在金属智能缔制界限具有广宽的起色前景［4］。

　　铝合金因其高强度、低质料密度、优异的延展性和高耐侵蚀性而受到遍及的运用［5］，同时，又因其高导电率、高导热率和优异的可缔制性，使得铝合金成为最具有前程的航空航天和交通运输等界限所用资料。高强铝合金日常指可热统治加强的含铜元素的2×××、含锌元素的7×××铝合金，重要运用正在必要高强、高韧、耐侵蚀、高耐毁伤条件的航空航天界限。跟着飞机安排思绪的连续立异，对先辈飞机等构件缔制提出了越来越高的条件。铝合金WAAM不妨完成守旧缔制方式难以完成的大型杂乱慎密构件的直接缔制成形［6］，不妨坐蓐异常挨近最终样式的预成型件、无需杂乱的东西、模具和冲模，于是对高强铝合金的增材技巧的需求极端激烈，危急必要直接办事于装置缔制业的新成形技巧［7］。

　　目前为止，固然对WAAM仍然实行了洪量的钻探，工艺和外面起色逐步成熟，而且仍然缔制出能媲美锻制件的大型组织件［2］。但目前已经处于起步阶段，存正在着很众必要处分的题目，蕴涵热源和筑立的研发、高强铝合金微合金化安排、工艺拓荒、缺陷清扫方式等。本文对WAAM高强铝合金的热源和筑立、固有的机闭和功能属性、固有的冶金缺陷和功能优化权术实行了协商，重心协商WAAM高强铝合金的凝聚个性、加强机制、缺陷的发作出处和优化权术的重要道理，并从功能归纳评议编制、因素安排与丝材拓荒、专用热统治轨制和复合增材缔制技巧的协同性等起色宗旨实行了预计，以期普及电弧增材构件的形性和扩张高强铝合金的运用边界，加疾高强铝合金的钻探经过。

　　迄今为止，钻探职员渐渐寻求了众种基于增材缔制的铝合金成形技巧，重要蕴涵电子束熔化（EBM）、激光选区熔化（SLM）、电子束自正在成形缔制技巧（EBF）和直接能量重积（DED）等［8］。从筑立本钱、零部件缔制尺寸、缔制效用和质料限制等方面开拔，WAAM行动逐层重积3D组件的大型铝合金零件缔制症结技巧，仍然被工业界遍及给与［9］。现正在广博以为WAAM工艺开端于1925年Baker提出运用电弧，以填充焊丝行动原料来重积金属点缀品［10］。跟着高质料阴谋机辅助安排和缔制软件（CAD/CAM）的呈现使得增材缔制的遍及运用成为或者，稀少是WAAM，成为了一个首要起色的界限。干系学者评估了WAAM与其他增材工艺的相对上风［11-12］，如图1所示。能够看出，WAAM的症结上风正在于交货周期、资料虚耗和改良功用方面，还不妨针对小批量零件的东西和众资料组织的安排完成定制化办事。

　　WAAM编制安装重要蕴涵热源、送丝机、辅助保卫气体、加热元件和传感器等。遵循热源本质的分歧，日常来说，WAAM工艺平凡分为三品种型：熔化极气体保卫焊（GMAW）［13］、非熔化极钨极气体保卫焊（GTAW）［14-15］和等离子弧焊（PAW）［16］，缔制工艺道理如图2所示。特定类型的WAAM技巧发挥出特定的特色，GMAW和GTAW的能源效用能够跨越90%［17］。GMAW的重积速度比GTAW和PAW高2~3倍［3］，然而，GMAW的牢固性较差，因为电流直接用意于丝材实行熔化，会发作更众的焊接烟雾和飞溅，加倍熔滴飞溅最为重要。可睹，WAAM工艺的抉择会直接影响宗旨部件的加工条款和坐蓐率。

　　GMAW使用电弧将丝材直接熔化完成重积成形，可分为金属惰性气体焊接（MIG）和冷金属过渡（CMT）［18］。跟着CMT增材技巧的研发，稠密学者以为CMT是最适合的增材缔制技巧［19］，由于CMT具有更高的冷却速度，肯定水准上避免了大的飞溅和气孔题目。CMT技巧集成了四个进程，即起弧-填充熔池和灭弧-短道回抽-轮回来去［20］，如图2（b）所示，使用冷热瓜代的体例避免熔池中热量的累积。干系学者以为CMT是一种低本钱的熔丝增材体例，由于焊丝是正在非反响的惰性气体中进入熔池的，不妨完成尺寸的高精度限制。GTAW是WAAM缔制工艺中条件最高的技巧之一［21］，焊接效用高达83%［22］。GTAW运用钨极尖端熔化焊丝［23］，正在肯定水准上削减了飞溅的题目，但由于焊枪与送丝互相独立，送丝宗旨和焊枪转移宗旨必要完整的配合，以是正在缔制杂乱组织件时难度较大。PAW于2006年进入增材缔制界限，最初用于缔制不锈钢［24］。PAW以等离子电弧为热源，重要由钨极和惰性气体构成，送丝机正在焊枪下部，焊丝熔化并重积正在基体上，反复该进程完成增材。

　　高强铝合金正在WAAM工艺的成形进程中，因为逐层重积热输入惹起分歧于其他成形方式和其他系铝合金，且永远无法齐备清扫的属性，正在本文中称为“固有个性/属性”。WAAM以层间堆焊的体例实行重积，以是层间连合成为了机闭重要特色和重心加强区域。分歧的工艺和资料呈现出分歧的层间特色［25-27］。日常来说，正在没有卓殊能量场等要素的影响状况下，对待WAAM构件的每个寡少层，存正在熔池区（MPZ）、熔池畛域（MPB）和热影响区（HAZ），然后反复该进程，如图3（a）［25］所示。Dong等［26］将层间分为上部区（UP）和下部区（LP），UP中的晶粒从重积层的肇始地方发端，LP中的晶粒从倒数第二层和结尾一层之间的熔合线（b）所示。UP层的长大依赖于仍然重积柱状晶的连接滋长，此时，LP的滋长依赖于新晶粒从熔池底部成核和滋长，以是柱状晶受到了滞碍。

　　迄今为止，诸众钻探聚焦于普及WAAM缔制的铝合金构件的力学功能和组织功能，通过变换分歧的工艺参数，蕴涵电弧形式、送丝速率、重积速率以及采用后统治的权术实行优化。然而，因裂纹敏锐性高，告成制备高强铝合金构件鲜有报道。纯净堆焊重积的高强铝合金构件的抗拉强度往往超不外300 MPa［26-27］。与WAAM高强铝合金干系的裂纹、孔隙率、不服均的微观组织、渣滓应力和变形等缺陷使其对钻探职员更具有挑拨性。

　　高强铝合金强度重要泉源于铝基体中辘集的纳米析出相发作的重淀硬化，Al-Cu系合金重要是析出的高密度Al2Cu（θ′）使得强度大幅度提拔，Al-Zn-Mg-Cu系铝合金酿成的重要加强相MgZn2（η′）尺寸更小，漫衍更弥散，重淀硬化效应更明显。高强铝合金构件的加强效率与温度和期间有着亲近的联系。WAAM众次热轮回正在重积初期热量累积，散热条款逐步恶化，而且后续重积热对已成形层都施加分歧温度和轮回次数的热统治效率［28］。范例Al-Zn-Mg-Cu系铝合金WAAM分歧区域的热轮回及加强相析出形容示希图如图4（a）［26］所示。非均衡凝聚条款下，构件顶部地方A正在析出温度边界内没有资历有用的热轮回，合金元素仍固溶正在基体内。逼近基板的地方资历更有用的热轮回，重淀物成核并长大。跟着与热源间隔的加众，后续热轮回的峰值温度或者会正在析出温度边界以下，以是析出相不再长大，牢固成地方D的形容。范例7系铝合金WAAM构件纳米析出相形容如图4（b）［26］所示。因为连接热轮回导致最底层构件内是更众粗大且非共格的牢固相η的天生，以是其硬度低重。这意味着相连热轮回导致已重积部门发作落后效，功能酿成昭彰的各向异性。

　　因为因素过冷的区别，构件或者酿成具有特殊晶粒组织的区域［29-31］。另外，因为高强铝合金都是可热统治的，WAAM会惹起与杂乱热轮回干系的相变，导致偏析、固溶和落后效等明显的化学不服均性［32-33］。此中弗成避免地影响合金的个人侵蚀［29］。除此除外，为了进一步普及WAAM高强铝合金零件的力学功能，必要认识境遇辅助开裂（EAC）对WAAM方式缔制的耐侵蚀金属零件力学功能的影响。EAC往往会影响资料中的众种失效，比如应力侵蚀开裂（SCC）、氢脆（HE）、硫化物应力侵蚀开裂和辐照惹起的应力侵蚀开裂（IISCC）。经历注解，由Al7075-T6制成的飞机部件往往会缓慢侵蚀，稀少是正在海洋境遇中运转的飞机［34］。必要对WAAM缔制的铝合金的磨损和侵蚀活动实行妥贴的搜检，由于铝合金部件正在其运用寿命时刻碰到磨损和侵蚀的区域被高度使用［35］。出于昭彰的平安出处，太过侵蚀的部件务必调动，而且调动本钱很高。以是，有须要周密钻探WAAM铝合金缔制零件中的EAC活动。

　　尽量WAAM技巧具有明显的上风，但实现高质料的WAAM构件缔制的条件是必要处分适宜于WAAM热条款下高热输入的迥殊挑拨。WAAM铝合金的运用受到常睹缺陷的局限，此中蕴涵孔隙缺陷［26，28］、裂纹和分层［36-37］、渣滓应力［38-40］、变形和挥发性元素的氧化和蒸发等，各式金属WAAM工艺中的常睹缺陷边界如图5所示［3］。

　　高强铝合金WAAM进程中孔洞缺陷是面对的庞大挑拨之一［2］。很众要素或者会影响孔隙率，蕴涵送丝速率、行进速率和熔滴过渡形式［41］。同时，基板和丝材的明净水准、焊丝外貌质料、保卫气体明净度和焊接工艺参数等会影响电弧牢固性，进而酿成孔洞缺陷［40］。日常来说，孔洞缺陷分为基材惹起和工艺惹起。基材惹起重要蕴涵无法齐备去除的水分、油脂和其他杂质，污染物很容易接收到熔池中并正在凝聚后发作孔洞。由于氢正在固体和液体中的消融度相差很大，尽管正在液态铝中有少量的消融氢，正在凝聚后也或者跨越消融度极限，导致氢气孔发作。工艺惹起的孔洞往往短长球形的，重要是不良的途径筹备或不牢固的重积进程导致的，容易发作熔化亏损或者飞溅喷射，进而酿成间隙或孔洞。

　　与纯铝比拟，高强铝合金因为Mg，Zn等合金元素的参与而导致了氢元素的最大消融量发作变换［42-43］，并且Mg，Zn等元素熔点低易挥发，这使得WAAM高强铝合金孔洞缺陷难以调控。Bai等［44］钻探了热统治对2319增材资料孔洞的影响，结果涌现孔洞并没有清扫，而是沿着层间地方发作了加众。由上可知，限制和清扫增材构件的孔洞缺陷异常杂乱。目前限制和清扫孔洞缺陷的方式重要为以下三个方面：（1）优化丝材质料。优化合金元素因素和比例，增加Zr，Ti等能低重孔隙率的有利元素。低重丝材外貌毛糙度［41］，去除丝材外貌的油脂、水分等氢泉源的碳氢化合物［45］。（2）优化工艺参数。调控合理工艺参数，蕴涵优化保卫气体、低重热输入、优化热源［46］、调度熔滴过渡样子［47］和主动调控层间温度［48］等。（3）辅助能量场或复合增材技巧。采用激光-电弧复合工艺［49］、超声波辅助电弧［50］、层间冷轧［51］、层间锤击［52］和层间搅拌摩擦加工［53］等复合增材缔制技巧。

　　凝聚裂纹是铝合金WAAM进程中的范例缺陷，高强铝合金的裂纹敏锐性较高，正在全数的增材体例中都无法齐备避免［54］。铝合金具有广泛的凝聚温度边界以及晶界液化的存正在，高热源导致高冷速，使得易于发作凝聚裂纹。遵循Gu等［55］的钻探，正在重积合金中加众铜的含量能肯定水准地低重凝聚裂纹的敏锐性。Ouyang等［56］以为粗大的晶粒和晶界地方第二相的偏析是加剧WAAM凝聚裂纹敏锐性的重要出处。因为层间固体熔化不充裕而导致相邻层分层或者辞别也是常睹昭彰缺陷，无法通事后统治或者热统治技巧去清扫，但能够通过恪守妥贴的工艺参数来避免。由此可睹，优化合金因素、避免凝聚进程元素偏析、细化晶粒和调度妥贴特色参数是清扫高强铝合金裂纹的重要途径。

　　WAAM进程必要众个不服均的加热和冷却轮回，正在高热输入导致晶粒粗大等机闭题目的同时，还会发作渣滓应力和变形等样式题目，渣滓应力蕴涵微观层面和宏观层面的应力。目前的钻探涌现加众热输入可有用地低重渣滓应力［57］，与之相反却加众了热变形量。往往薄壁构件的纵向渣滓应力较大，导致正在基板和构件界面处渣滓应力由拉应力蜕变为压应力，这与薄板弧焊发作的渣滓应力相通。目前WAAM导致渣滓应力的症结要素蕴涵［58］：空间温度梯度、热膨胀与压缩、应变兼容性、力均衡与应力-应变本构模子。

　　目前，辅助方式正在WAAM中被遍及运用来改良高强铝合金形本质料，功能优化重要方式蕴涵：资料安排（因素安排、双丝/众丝/热丝WAAM、微观组织安排）；凝聚后统治（热统治、呆滞、超声、激光喷丸）；凝聚进程中机闭调控（复合热源、异质颗粒、超声辅助、层间冷却、工艺参数辅助优化）；复合增材缔制方式（层间冷轧、呆滞锤击、搅拌摩擦加工、铣削）等。

　　究竟上，锻制等守旧加工技巧正在大型高强航空航天铝合金构件的缔制进程中面对锻制功能差、买飞比上等挑拨［59］，以是越来越众钻探职员发端钻探高强铝合金正在WAAM运用的可行性。第一个挑拨是焊接用贸易高强铝合金焊丝正在熔焊进程中容易呈现热裂纹和气孔，重要影响强度、延展性等功能［60］。另一个挑拨是高强铝合金丝材的坐蓐极其贫困，由于正在拉丝进程中加工硬化和重淀加强异常强，守旧拉丝工艺往往会发作断丝而无法加工。目前为止，WAAM坐蓐的高强铝合金有两种方式：一是众丝共熔［61-62］，二是自制原料［46，63-64］。Yu等［61］采用三丝共熔ER2319，ER5356和Zn来优化高强铝合金，因为因素不服均而发挥出范例的各向异性，程度和笔直抗拉强度为241 MPa和160 MPa。Klein等［46］拓荒了一种新型高强铝合金焊丝Al-3.6Zn-5.9Mg-0.3Cu并用CMT实行缔制，重积后实行两级时效统治，抗拉强度到达477 MPa。Guo等［63-64］拓荒了7B55-Sc焊丝，正在增材进程中Al3（Sc，Zr）颗粒正在凝聚进程中行动异质形核推进等轴晶的酿成，细化了显微机闭。正在增材后实行T6热统治后程度抗拉强度高达618 MPa，被以为是WAAM缔制600 MPa级铝合金的打破。这使得众丝共熔原位制备高强铝合金成为了新的起色思绪，并且能够通过调控丝材的品种和送丝速率到达制备设定合金因素的铝合金以及梯度铝合金。

　　除了采用分歧的热源实行增材缔制除外，邦外里学者还通过改良分歧的送丝筑立、熔滴过渡形态和热输入来优化重积进程。WAAM缔制的铝合金往往因为高的热输入和温度梯度酿成粗大的晶粒和第二相，这使得功能低重［61，65］。以是，通过削减电弧热输入来细化晶粒是一个首要的优化权术［66］。热丝电弧增材缔制技巧（HWAAM）是一种基于WAAM的新型缔制方式，能够得回归纳功能优异的零件［67］。HWAAM的道理是正在WAAM编制的根底上加众了电阻电源，电阻电源的正极通过滑块连结至丝材，负极连结至基板，当丝材送进熔池时电道连通，电阻发作的电阻热会加热丝材。热丝不光不妨辅助焊丝熔化，普及重积效用，并且不妨削减电弧能量输入，推进柱状晶向等轴晶转化。Fu等［67］采用HWAAM告成制备了致密度为99.64%的2024铝合金，而且抗拉强度到达399 MPa。

　　对待热统治加强的铝合金，WAAM后实行热统治仍然成为了通用的统治权术，往往采用T6热统治完成重淀加强用意来普及抗拉强度和缓均微观机闭［68-69］，同时不妨削减渣滓应力。Li等［69］对7系WAAM构件实行了T6热统治，结果显示T6统治能够削减第二相的数目和尺寸，而且元素平均漫衍，硬度、抗拉强度和延长率都有了很大的提拔。然而值得谨慎的是，对待慎密铝合金WAAM构件的热统治进程，会发作疾捷冷却导致的变形限制，以至会呈现开裂的或者性，重要影响构件的精准度和功能。以是，抉择适合的冷却资料和针对资料属性的迥殊热统治工艺值得去拓荒。

　　除此除外，邦外里学者还对凝聚后构件实行了呆滞热统治，蕴涵热锻和喷丸等，不外目前只针对待钢铁资料［70-72］。锻制工艺能够将压缩塑形引入到增材零件中，从而黏合闲暇，启动晶粒细化，清扫或削减纹理并改良外貌光洁度。喷丸同样能使资料外貌发作塑性变形来诱导晶粒细化，明显提拔疲乏寿命和强度。对待必要迥殊服役条件的高强铝合金，对构件外貌实行迥殊统治不妨肯定水准普及抗侵蚀性、抗摩擦磨损和抗疲乏等，以是值得拓荒适合高强铝合金的呆滞热统治。

　　复合热源的焊接技巧正在资料连结上仍然完成了很好的运用。近年来为了扩张WAAM的可行性，处分热量累积导致的晶粒尺寸过大的题目，少许新型复合WAAM技巧获得了运用。Bai等［73］涌现采用简单TiG重积的2219铝合金的晶粒尺寸约为50 μm。Cong等［47］采用了一种先辈的冷金属过渡脉冲（CMT-PADV）工艺有用地清扫了孔隙，细化了晶粒，抗拉强度和延长率获得了提拔。激光电弧复合是能够将高能激光和适宜性强的TIG连合正在一同的高效、高质料的工艺，因为激光电弧的协同效应，激光热输入可细化小孔中的晶粒完成高冷却速度，进而普及力学功能［74］。Wu等［49］采用新型激光-TIG复合增材缔制技巧告成制备了无裂纹、孔隙少的2219铝合金，熔池分为了上部的电弧区（AZ）和下部的激光区（LZ），正在激光的搅拌用意下晶粒特别微细，元素漫衍特别平均。Liu等［75］立异拓荒了脉冲激光电弧复合工艺，并实行了热统治，告成制备了强度高达602 MPa的Al-Zn-Mg-Cu铝合金。通过老例电弧电流波形上增加并调度超声频率脉冲电流，能够完成超声频率脉冲电弧热源。调频超声脉冲电弧已运用于金属熔焊工艺，具有加强电弧力、削减气孔缺陷、细化晶粒等上风。Cong等［76］采用守旧的可变极性（VP）和超声频率脉冲可变极性（UFVPP）的TIG电弧形式实行了2024铝合金的缔制，削减了孔隙，而且强度和元素平均性获得了提拔。

　　因为WAAM的固化活动，已经存正在孔隙和颗粒的团圆题目。基于声空化和滚动效应，超声波能量仍然用于守旧熔焊工艺。近年来，干系学者正在超声波辅助（UA）增材缔制方面实行了钻探。Wang等［50］将超声波探头直接浸入个人熔池并正在重积电弧后面随进，告成制备了7075与TiB2纳米复合资料。结果显示，正在UA的影响下，孔隙率低，凝聚组织慎密，纳米粒子团圆聚集较少。随后，Wang等［77］进一步拓荒了UA的HWAAM工艺，制备了TiB2纳米颗粒加强的7075铝合金。正在热丝和超声波的协同效应下，得回了更低孔隙率、漫衍更平均的纳米粒子和更强的力学功能。

　　与引入能量场辅助晶粒细化、增加微量元素改良晶界因素、加工硬化和热统治迫使溶质元素从头漫衍推进加强相析出等加强方式比拟，增加陶瓷颗粒到高强铝合金行动异质形核点，能够胁制晶界偏析，同时细化晶粒。目前钻探学者对颗粒加强WAAM实行了洪量钻探［78-86］，陶瓷颗粒重要为TiC，TiN和TiB2等。外1 ［50，77-86］为分歧加强颗粒对高强铝合金功能的影响。Fu等［82］制备了含TiC纳米颗粒的7075铝合金丝材，TiC颗粒能够与位于晶界的第二相连合，同时能够行动异质形核点推进形核率，最终得回了微细的等轴晶机闭，重积态强度提拔至435 MPa。靳鹏等［87］为了清扫Al-Cu合金WAAM呈现的柱状晶和晶界偏析等缺陷，提出了TiC颗粒低频振动辅助增加对2219铝合金WAAM强韧化的方式，从基本上改良收场晶进程，胁制了偏析和气孔缺陷的发作。

　　WAAM因为能量输入不纠合，冷却速度要低良众，能量部门通过先前重积的层散失到基体，部门通过对流和辐射散射到境遇气氛，跟着构件高度的加众，基板的传导热阻明显加众，直至热输入和散热到达均衡时牢固［88-89］。一方面，热量累积不光会减慢熔池的凝聚速率，使得焊道比预期更宽，重要影响几何精度、资料使用和坐蓐率［89］。另一方面，对待重淀加强的高强铝合金，凝聚边界广，冷速对凝聚裂纹的敏锐性短长常明显的。同时，层间温度对推进动态析出进程至闭首要。以是，Geng等［90］指出妥贴的层间温度限制和热输入调度是正在自下而上的增材缔制进程中完成和连结联合的热畛域条款的有用主见。Li等［91-92］拓荒了一种基于热电冷却技巧的进程主动冷却编制，使得上层散热能够到达与基层好像的程度，不光能普及最大送丝速率（9%~15%），还能够削减层间停顿期间（42%~45%），全部效用提拔0.97倍以上。Dong等［93］通过限制层间温度钻探了Al-Zn-Mg-Cu合金正在WAAM进程中微观组织与层间温度之间的杂乱联系，结果显示较高的层间温度会导致孪生枝晶取向漫衍不服均、细晶粗化以及大角度晶界的加众，高的层间温度有助于加快动态析出进程，但异常有限。

　　为了抑制增材缔制和守旧缔制工艺的舛误和工艺局限，工业界和学术界拓荒了缔制工艺的复合方式。遵循邦际坐蓐工程科学院（CIRP）的界说，复合缔制工艺基于同时且受控的工艺机制/能源/东西的互相用意，对工艺功能具有明显影响［94］。近年来，增材工艺与其他坐蓐方式连合运用，以完成最终零件所需的资料个性、安排和尺寸公差［95］。目前，钻探者仍然对高强铝合金复合增材缔制工艺（hybrid-AM）实行了钻探，重要蕴涵层间冷轧、呆滞锤击、搅拌摩擦加工（FSP）和铣削等增等减缔制。范例的层间复合增材缔制方式如图6 ［40，52-53］所示。

　　正在每个重积层实行辊压仍然声明能够削减渣滓应力和变形［51］，不光能够低重渣滓应力，还能够带来更平均的机闭和功能，明显低重微观组织地各向异性。同时，轧制进程会发作高密度位错，这些位错能够行动原子氢接收的优先位点［96］以及氢扩散管道，愿意扩散到外貌，以是当层间冷轧时能够削减以至清扫构件中存正在的孔隙。Gu等［36，68，97］钻探了层间轧制和重积后热统治对孔隙率的影响，极大地削减了气孔数目，功能获得了提拔。Hönnige等［40］钻探了笔直层间轧制和重积后侧轧对WAAM坐蓐的2319铝合金单壁墙的影响，笔直层间轧制变换了单壁墙中的渣滓应力，而且清扫了变形，同时推进了资料的自然时效。

　　层间锤击是近年来提出的其余一种新型复合技巧，比拟于层间轧制，无需与重型筑立拼装以供应更大的相连静压，但能够与工业呆板人很好地连合，完成更高的加工自正在度，刹时抨击力完成高的塑性变形，应变率高，适合曲率小或薄悬垂组织部件。Fang等［52］自决研发了气动锤击安装完成了2319铝合金构件的层间变形，50.8%变形样品的抗拉强度加众到334.6 MPa。除此除外，采用激光喷丸、超声波抨击等层间统治仍然正在钢和钛等金属上获得了运用，但还未正在高强铝合金增材获得履行。必要改良的是，超声和激光等抨击统治对固态金属影响异常有限，受到穿透深度的局限，超声抨击的穿透深度最众为外貌以下60 μm，以是，固然行动很好的后统治权术，但效率甚微。

　　正在增材缔制工艺中引入层间塑性变形能够正在细化晶粒的同时普及位错密度，从而普及构件的功能。目前，搅拌摩擦加工（FSP）和搅拌摩擦重积增材（AFSD）仍然正在资料改性和资料缔制方面赢得了首要的劳绩，行动新兴的金属固相加工技巧，能够齐备避免熔化增材的固有舛误。以是，立异性地将FSP复合WAAM具有其特殊的上风。Wei等［53］通过复合WAAM-层间FSP（WAAM-IFSP）工艺制备了2319铝合金零件，正在搅拌区（SZ）得回慎密的微观组织，有用清扫孔隙。随后该课题组［98］采用同样的方式制备了Al-Zn-Mg-Cu，SZ区域显示出高达504 MPa的抗拉强度。Yuan等［99］采用WAAM-IFSP缔制了2319铝合金，得回了由瓜代的晶粒形式的周期性微观组织，具有23.2%的高伸长率。外2 ［36，40，49-50，52-53，68，75-77，83，97-102］总结了层间复合增材缔制技巧对机闭和功能的影响。由此可睹，正在层间引入塑性变形为制备高强铝合金供应了新的起色宗旨。

　　正在过去的20年中，WAAM仍然遍及运用于稠密工业界限杂乱零部件的缔制，其重要运用界限之一是航空航天业，该行业运用洪量高比强度和比刚度以及优越呆滞加工功能的高强铝合金。然而，增材工艺正在高强铝合金中的实用性已经受到较大的局限。尽量众年来洪量的钻探任务极力于最大节制地削减或者清扫这些缺陷，但总的来说还仅仅处正在起步阶段，普及WAAM构件的形性和扩张高强铝合金的运用边界是个宏大的挑拨。

　　（1）WAAM高强铝合金归纳评议编制。目前的钻探重要纠合正在通过削减缺陷和细化晶粒实行强度评议，但航空航天更高的平安性条件对高强铝合金零件破损的结余强度，以及初始裂纹到临界裂纹扩展的寿命提出了精确条件，于是对WAAM高强铝合金的疲乏裂纹扩展速度、断裂韧性、抗应力侵蚀功能等同样提出了更高的归纳条件，迄今为止这方面的钻探较少。

　　（2）WAAM用高强铝合金因素安排和丝材研发。特定WAAM部件必要知足其最终用处的特定功能，功能-微观组织-合金因素密弗成分。WAAM意味着高温熔化轮回，而铝合金的挥发性元素往往亏损重要，而且增加微合金化元素对高强铝合金的强度和耐侵蚀功能提拔至闭首要。通过“太过合金化”政策处分元素挥发题目，纳米陶瓷颗粒复合资料铝合金丝材取代协同性差的层间增加工艺。定制WAAM资料和WAAM用颗粒加强复合资料焊丝将正在来日增材工业境遇的起色中受到高度偏重。

　　（3）WAAM高强铝合金热统治轨制。WAAM逐层热输入会酿成时效不服均的构件，往往底层为落后效形态。以是，为了寻求平均漫衍的微观机闭，宜采用定制热统治以普及特色功能。同时还必要思索合金元素、纳米形核颗粒和层间变形统治等的影响，充裕思索电弧热自时效和热统治变形等要素，研发高效和低本钱的热统治轨制。

　　（4）复合增材缔制技巧的协同性。复合增材缔制工艺目前仅停顿正在寻求阶段，将众个离散操作集成到一个新的安装长进行单区域加东西有很高的难度。同时，复合增材进程中机闭和功能的演化机理以及塑性变形的影响机理鲜有报道，其性子用意机理和影响节点尚不精确kb体育，比如塑性下压量与重积单层高度的协同、呆滞变形与层间温度的协同、预变形后重积层与热统治轨制的协一律。以是，复合增材缔制技巧的协同优化和热-力-形-性的本构联系还需进一步寻求。

　　泉源：王树文,陈树君,赵骐跃,等.高强铝合金电弧增材缔制的钻探开展[J].资料工程,2024,52(7):1-14.

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