激光天地导读：目前用于铺粉的激光增材制造铝合金主要局限于Al-Si二元合金。为了扩大可以进行激光增材制造铝合金的应用范围。研究人员开展了变形铝合金的可打印性能的研究。如对2XXX和7XXX系列铝合金开展了打印实验。7075铝合金属于铝合金中机械性能比较好的铝合金。然而，在采用SLM进行制造时，7075铝合金极易发生严重的裂纹倾向。来自日本东京大学的研究表明，在增材制造7075铝合金时添加适量的Si可以获得几乎无裂纹的样品。并且Si的含量的变化还可以实现工艺参数、显微组织和机械性能的优化。当Si含量增加时，增材制造样品中的孔隙和裂纹会得到抑制，并且获得高致密度的样品所需要的体积能量密度会降低。相反，当Si添加量过多时会导致样品的脆性增加，此时样品的韧性和屈服强度下降并且有可能直接在SLM的过程中发生脆裂。这一矛盾的结果表明Si含量必须依据合金对象进行适当的添加以确保合金的打印性能和合金的强度、韧性之间找到平衡点。对7075铝合金而言，

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SLM7075铝合金时记忆形成裂纹的案例（见文献1）

选择性激光熔化（SLM）是一种以激光束为能量源来制造复杂形状的高性能的金属部件的增材制造技术。SLM增材制造的优点在于可以通过拓扑优化设计铝合金使其轻质结构的性能得到进一步的提升。一般来说，可以采用SLM进行加工的铝合金局限于Al-Si二元合金。如AlSi7Mg0.6、AlSi9Mg0.3、AlSi10Mg、AlSi12等。这些合金在设计的时候是考虑铸造过程中的缓慢熔化和缓慢凝固的特点而研制的。在采用传统铸造工艺制造时裂纹是很难发生的。但是Al-Si合金的强度等性能并不能满足当今对轻质高强结构的需要。变形铝合金（如2XXX和7XXX系列铝合金）如果可以采用SLM进行打印的话，其性能是可以满足汽车和航空航天等工业中队轻质高强铝合金的需求。然而，由于变形铝合金在设计的时候是考虑进行冷压加工的材料（如辊压和挤压等），这些合金极易在SLM过程中形成缺陷。早先的研究也指出，在SLM制造时确实极易发生严重的裂纹并且需要采用特别的处理措施来降低裂纹的发生倾向。如Karg等人展示了制造2219铝合金时，采用预热200 °C 的办法来降低裂纹的发生倾向。同时增加了支撑结构。在他们的研究中，裂纹的抑制采取的是降低冷却速率的办法来实现的。他们同时也报道了气孔的形成倾向和屈服强度同部件的结构形态密切相关。大截面的样品其孔隙率大约为5%，导致其屈服强度较低。Koutny等人报道了SLM工艺参数对2618铝合金相对密度和机械性能的影响。他们发现大量的裂纹其实是凝固裂纹。是由于在凝固过程中固相和液相巨大的温度差所造成的。使用支撑结构来降低温度梯度对降低裂纹倾向是很有帮助的。相反，将平台预热到400 °C并且降低扫描速度并不能改善合金的质量。其性能降低的原因是出现了裂纹，而且是凝固裂纹。作者提出了改变工艺参数（如激光功率、扫描间距和扫描速度）以及后续热处理啊的办法来改善机械性能。但这一策略并没能用于实践中。尽管以上办法对降低裂纹倾向有一定的效果，但并不稳定可靠，因此非常有必要研究一种稳定可靠的办法来去除裂纹并且不会对其形状尺寸有特别的要求。

不同Si含量的7075合金粉末：（a）0Si；（b）7075+5%Si；（c）7075+16%Si

7075铝合金是变形铝合金7XXX系列中的一种，其静态机械性能是商业铝合金中较好的一种。已经有研究者通过改变工艺参数（如激光功率、扫描策略、基板预热温度）对SLM成形7075铝合计或类似合金缺陷形成的影响。QI等人研究了7075合金SLM熔化模式同裂纹密度之间的关系。他们的研究发现熔池形状可以通过改变扫描速度和 离焦量来改变。其熔池形状可以是圆形、半圆形或者是两者的混合。这一现象同激光焊接过程中的匙孔效应、传到和热转变相对应。作者发现匙孔效应熔化模式对制造的样品有最低的裂纹倾向性。但仍然不能完全消除微裂纹。Kuufmann等人将

制造出的样品的外部形貌

另一个办法就是添加Zr或者Sr来弥散分布在铝合金中。Martin等人利用氢稳定化的Zr纳米粒子用于7075铝合金中。Zr纳米粒子以Al3Zr相弥散分布在铝合金中，在凝固时形成形核核心。从而形成细化的等轴晶。这一策略可以实现通过减少晶粒中侵入液相数量和降低热收缩过程中的热应力来实现。Scalmalloy合金就是含0.7%的Sr和0.4%的Zr的Al-Mg合金。这一合金同时也是SLM工艺中强度最高的铝合金。这一合金采用SLM加工时可以实现无裂纹且高强度的目标。该合金的析出强化相是Al3Sc粒子。他的机械性能比较高。而且不需要通过传统的析出强化相来增加裂纹敏感性。然而，唯一美中不足的是该合金的大规模应用受到稀土元素储量少的限制。

垂直方向横截面的组织：（a）0Si；（b）2%Si；（c）4%；（d）5%Si；（e）6%Si ；（f）16%

Si是地壳中储量非常丰富而且廉价的一种元素。同时可以实现SLM过程中防止7075合金中出现裂纹。Sistiaga等人研究发现将7075合金和4%的Si混合进行SLM可以消除裂纹。Aversa等人将50%ALSIM给和50%7075合金混合后进行SLM制造业可以实现无李文的样品制备。然而，直接采用混合粉末来进行制备会带来合金元素分布不均匀的问题。由此造成制备出的样品的jxiei9性能不均匀。在我们的前期研究工作中，我们研究了SLM制备预合金7075以及5%Si的7075合金的显微组织和性能。得到的合金的显微组织细小均匀，含5%Si的7075合金其机械性能高于传统的AlSi10Mg合金。这一合金有望用于SLM制备轻质高强部件。在这里，将采用更为详细的分析手段来对Si的影响进行研究。

样品表层的显微组织：（a）0Si；（b）2%Si；（c）4%；（d）5%Si；（e）6%Si ；（f）16%

为此，本文对添加Si的SLM可加工性能和得到样品的机械性能进行了研究。采用SLM对不同Si含量的7075预合金进行制备。来研究Si对工艺性能的影响。同时对得到的样品的显微组织和机械性能进行了研究。

当使用铝合金材料Al7075和Al6061的时候，在激光高能环境中进行金属3D打印会导致金属部件遭受严重热裂纹，HRL的研究人员在软件和大数据的帮助下选择了锆基纳米颗粒成核剂，并将它们组合到了7075和6061系列铝合金粉末中。

HRL实验室打印的铝合金材料

江苏激光联盟副理事长单位单位苏州吴江中瑞智能打印的铝合金制品

HRL 实验室打印的7A77

HRL 实验室打印得的高强7A77铝合金 （文献3）

文献1：

Selective laser melting of Al7050 powder: Melting mode transition and comparison of the characteristics between the keyhole and conduction mode.TingQi,HaihongZhu,HuZhang,JieYinaLind,KebXiaoyanZeng，Materials & Design

Volume 135, 5 December 2017, Pages 257-266.https://doi.org/10.1016/j.matdes.2017.09.014

2.3D科学谷：冶金学突破：锻造性能，HRL3D打印高强度7A77.60L铝粉投放市场

3.HRL, NTOPOLOGY, AND MORF3D EXPLORE ADVANCED DESIGN AND MATERIALS WITH 7A77 – THE WORLD’S STRONGEST ADDITIVE ALUMINUM

，来自网站：3dprintingindustry.com。

Effects of the addition of silicon to 7075 aluminum alloy on microstructure, mechanical properties, and selective laser melting processability.Materials Science and Engineering: A,Volume 777, 10 March 2020, 139079.

YukiOtani，ShinyaSasaki.https://doi.org/10.1016/j.msea.2020.139079

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