激光熔化沉积AlSi10Mg：温度场对显微组织与性能的关键影响

本文主要探讨了激光熔化沉积(Laser Metal Deposition, LMD)技术在铝硅10镁(AlSi10Mg)合金中的应用，特别是对其在航空航天高性能材料构件增材制造中的影响。铝合金由于具有高比强度、低密度和良好的加工性，已经在现代工业如航空、汽车和手机电子制造等领域得到了广泛应用，尤其是Al-Si系铸造铝合金由于其卓越的热加工性能和力学强度而在LMD技术中占据重要地位。 然而，相比于粉末床熔化沉积(PBF)技术的成熟，LMD技术在铝合金领域的研究和开发尚存在滞后，特别是在大型铝合金结构件的制造上。尽管PBF技术在小型零件制备上表现出色，但在大型构件生产上受限于尺寸和效率。LMD技术则以其灵活性能够弥补这一差距，但该技术面临的挑战包括激光吸收率低、成形质量不稳定以及孔隙倾向大等问题。 熔池温度场是决定LMD成形质量的关键因素，它影响粉末捕获、熔池流动和材料的热循环过程。目前的研究主要依赖数值模拟，如孙进等人利用Ansys软件进行的温度场和应力场分析，以及Tseng等人的激光热源模型，这些研究旨在优化熔池温度分布和沉积层形态，并通过实验验证模拟结果的准确性。苏州大学和哈尔滨工业大学的团队也分别进行了熔池温度场的仿真分析和组织性能优化。 然而，铝合金LMD的温度场实测研究相对匮乏，特别是针对熔池温度场的实时监测和数据分析。俞斐腾等人的工作虽然涉及了功率和速度对温度场的影响，以及温度场对显微组织的影响，但并未进行现场实时数据收集。这使得对真实熔池温度场的理解仍然停留在理论层面，缺乏直接、可靠的数据支撑。 铝合金的热加工问题，如孔隙率、缺陷和组织性能，通常在焊接和选区激光熔化领域有较多研究。刘婷等人发现提高功率有助于减少铝合金激光-MIG复合焊的气孔率，而李俐群等人则关注了成形气氛中水氧含量对LMD铝合金成形件的影响，揭示了其对孔隙率和组织性能的重要作用。然而，在铝合金LMD技术的温度场研究中，实际操作中的参数控制和实时监测对于提升成形质量和性能具有重要意义，这正是未来研究的一个重要空白领域。