对于许多航空航天部件（如伺服机构和燃油喷射系统）而言，内部通道是关键的功能元件。然而，这些具有复杂内部通道的部件给传统的减材制造技术带来了巨大挑战，通常需要牺牲产品性能以满足制造可行性。近年来，增材制造（AM）技术，特别是激光粉末床熔融（LPBF）技术发展迅速，其高几何自由度和相应的优化潜力在设计和制造复杂内部通道方面具有显著优势[[1], [2], [3]]。例如，与传统加工的直通道相比，通过LPBF制造的顺应性通道可以提高流体流动效率，减少死腔，并促进产品小型化和轻量化[4,5]。
AlMgScZr合金是一种高性能铝合金，具有低密度、高比强度和良好的耐腐蚀性等优异特性，是制造高性能轻量化部件的理想材料[6,7]。已有大量关于使用LPBF制造AlMgScZr合金的研究报道。Tang等人的研究[8]表明LPBF工艺与铝合金具有很好的兼容性。然而，LPBF AlMgScZr合金零件的表面质量通常较差，这阻碍了带有内部通道的产品的工业化生产。因为粗糙的表面会降低流体流动效率和稳定性，而且半焊接颗粒的掉落还会污染介质并影响设备的正常运行。因此，对LPBF AlMgScZr合金零件的内部通道进行后处理以提高表面质量是必要的。
人们已经尝试多种方法来改善AM零件的表面质量。Kruth等人[9]通过激光重熔显著提高了LPBF生产样品的顶表面质量，表面粗糙度从12微米降低到1.5微米。Beaucamp等人[10]使用一种新型形状自适应磨削工艺成功去除了增材制造的钛合金的表面微结构层。然而，由于可及性受限，激光抛光和机械抛光无法用于通道表面的后处理。最近，基于流体的抛光方法（如磨料流抛光[[11], [12], [13], [14]]、化学抛光[[15], [16], [17], [18]]和电化学抛光（ECP）[[19], [20], [21], [22], [23]]已被证明适用于复杂通道表面的处理。尽管磨料流抛光具有较好的加工可行性，但LPBF零件顶部和悬垂表面之间的粗糙度差异可能导致材料去除不均匀，从而出现欠抛光和过抛光现象[24]。化学抛光主要依赖氢氟酸等强酸，这对AM行业的可持续发展不利。相比之下，ECP使用环保的中性盐溶液，是一种更优的选择[[25], [26], [27]]。此外，ECP通过可调处理参数提供了更好的可控性。Tyagi等人[28]报告称，与化学抛光相比，ECP在316不锈钢上实现了更低的表面粗糙度。
尽管ECP在改善金属表面质量方面具有显著优势，但将其应用于LPBF零件的复杂轮廓仍然是一项困难的任务。一方面，ECP工具电极的设计和制造极具挑战性，这也是决定ECP是否适用于复杂通道的关键。为此，Zhao等人[29]设计了一种带有绝缘块的柔性阴极，并用它对弯曲通道进行了ECP处理，成功去除了部分熔化的粉末。另一方面，作为一种非接触式抛光技术，电化学抛光由于其材料去除机制，会将宏观表面不规则性（如明显的折叠特征）转移到抛光表面上。从微观角度来看，LPBF AlMgScZr合金的各向异性和异质性微观结构会导致选择性溶解，从而导致抛光表面不光滑[30,31]。因此，如何进一步提高平整能力和表面质量是一个重要的研究课题。磨料辅助电化学加工通过“机械侵蚀-电化学腐蚀”的能量耦合效应提供了一种创新的方法来应对这一挑战。现有研究表明，磨料侵蚀可以机械去除金属表面的氧化膜，促进新鲜基底与电解质之间的持续接触[32,33]。Rajahram等人[34]通过参数研究揭示了磨料尺寸、浓度和流速对不锈钢和碳钢材料去除速率的调节作用。Liu等人[35]对Stellite 12合金的研究进一步证实，侵蚀和腐蚀的协同效应可以同时提高材料去除速率并降低表面粗糙度。然而，目前的研究大多局限于初始粗糙度较低的外部表面。对于LPBF零件的高粗糙度表面，尤其是复杂内部通道，磨料辅助电化学加工对阳极溶解行为的影响机制和工艺适用性仍缺乏系统探索。基于此，本文提出了一种新的混合加工工艺——自由磨料辅助电化学抛光（FAECP），旨在有效改善复杂内部流通道的表面质量。
在本研究中，通过计算流体动力学（CFD）模拟了FAECP过程中自由磨料的速度和浓度分布。基于模拟和实验结果，分析了磨料侵蚀对LPBF AlMgScZr合金电化学溶解行为的影响，并探讨了FAECP对LPBF AlMgScZr合金零件粗糙表面的平整机制。此外，设计并制造了一种新的柔性工具电极以满足弯曲通道的要求，并通过实验验证了FAECP对复杂结构的适用性及其对某些材料的通用性。
