采用激光粉末床熔融技术制备的高强度Ti改性Al-Si-Mg-Zr铝合金的致密化、微观结构、力学性能及热稳定性

《International Journal of Minerals Metallurgy and Materials》：Densification, microstructure, mechanical properties, and thermal stability of high-strength Ti-modified Al-Si-Mg-Zr aluminum alloy fabricated by laser-powder bed fusion

Ti颗粒改性Al-Si-Mg-Zr合金通过L-PBF制备，Ti颗粒促进近等轴晶形成和纳米析出相，使0.5Ti合金强度（UTS 468 MPa, YS 350 MPa）超越传统Al-Si-Mg合金。时效处理150℃时强度达479 MPa/376 MPa，250℃保持热稳定性，300℃时因纳米析出相粗化导致强度下降但延展性提升。

　　

摘要

将微米级、形状不规则的钛颗粒（质量分数分别为0.5%和1.0%）与Al-Si-Mg-Zr基体粉末混合，随后通过激光粉末床熔融（L-PBF）工艺制备了一种新型的钛改性的Al-Si-Mg-Zr铝合金。实验结果表明，钛颗粒的引入促进了合金中近乎完全等轴晶粒的形成，这得益于(Al,Si)₃(Ti,Zr)纳米颗粒对晶粒的强烈细化作用。此外，(Al,Si)₃(Ti,Zr)纳米颗粒的存在抑制了富硅晶界的分解以及α-Al晶胞中硅纳米颗粒的析出。制备得到的0.5wt%钛添加合金的极限抗拉强度（UTS）、屈服强度（YS）和伸长率分别为468 ± 11 MPa、350 ± 1 MPa和10.0 ± 1.4%，这些性能与L-PBF Al-Si-Mg-Zr基体合金相当，并显著高于传统的L-PBF Al-Si-Mg合金。经过150°C的直接时效处理后，次级纳米颗粒的析出显著提高了0.5Ti合金的强度，其极限抗拉强度达到了479 ± 11 MPa，屈服强度达到了376 ± 10 MPa。在250°C时，由于富硅晶界的保留，L-PBF Ti/Al-Si-Mg-Zr合金的屈服强度高于L-PBF Al-Si-Mg-Zr基体合金，表明其具有更好的热稳定性。当时效温度升至300°C时，富硅晶界的溶解、固溶元素的脱溶以及纳米析出的粗化导致合金的极限抗拉强度和屈服强度分别降至300 MPa和200 MPa以下，但伸长率显著增加。