综述：增材制造接种高强度铝合金的微观结构控制研究进展

这篇综述系统探讨了增材制造（AM）中高强度铝合金（如2xxx/7xxx系）通过接种处理（inoculation）抑制热裂纹、促进等轴晶形成的机制。文章涵盖粉末床熔融（PBF）和定向能量沉积（DED）两大技术，解析了晶粒细化效率与接种剂选择、凝固过程控制及数值模拟的关联性，为优化材料性能（强度102-107 K/s冷却速率下的组织调控）提供了理论支撑。

　　

柱状晶生长与热裂纹形成

增材制造（AM）过程中，高强度铝合金因大凝固区间和柱状晶主导生长易产生热裂纹。熔池快速冷却（PBF达10⁵-10⁷ K/s）导致沿最大热流方向的柱状晶生长，晶界处液相补缩不足引发裂纹。接种处理通过引入异质形核颗粒（如TiB₂、Sc/Zr复合物）促进等轴晶形成，显著抑制裂纹。

接种剂的选择与机制

晶粒细化效率取决于接种剂与α-Al基体的晶格匹配度（如TiAl₃与Al的错配度仅0.09%）及颗粒密度。Sc、Zr等元素通过形成Al₃(Sc,Zr)纳米颗粒实现原位形核，而TiC则依赖外加法。实验表明，0.7wt% Sc添加可使Al-Mg合金获得100%等轴晶。

PBF与DED工艺优化

DED因较低冷却速率（10²-10⁴ K/s）更易获得粗晶，而PBF通过层间停留时间调控可细化晶粒。新兴策略如超声辅助AM能破碎枝晶，提升等轴晶比例至80%。基板预热（500°C）可降低Al6061裂纹密度至0.4%。

数值模拟进展

耦合有限元法（FEM）与CAFE模型可预测柱状-等轴晶转变（CET）。模拟显示熔池过冷度ΔT>5K时，等轴晶体积分数提升30%。

力学性能关联性

等轴晶结构使Al7075抗拉强度提升15%（达550MPa），但过量接种剂（>1wt%）会因颗粒团聚导致延展性下降。疲劳寿命与晶粒尺寸呈Hall-Petch关系，晶粒细化至10μm可使循环次数提高2倍。

结论与展望

未来需开发多尺度模拟工具，并探索新型复合接种剂（如LaB₆）。同步控制凝固路径与后处理（如热等静压）是突破强度-韧性平衡的关键。