北航 l 原位析出行为对丝材电弧定向能量堆积A

　　基于此，航空航天大学机械工程及从动化学院齐铂金传授团队通过丝材电弧定向能量堆积手艺制备WADED Al-Mg(-Sc-Zr)薄壁件。连系无限元温度场模仿，对电弧增材过程中动态热轮回惹起的原位析出行为开展研究。通过材料表征、电化学测试等手段对原位析出行为惹起的微不雅组织、侵蚀行为进行深切阐发。研究发觉，WADED Al-Mg微不雅组织平均，晶粒粗大等轴。WADED Al-Mg-Sc-Zr正在熔池鸿沟(Molten pool boundary， MPB)和层间区(Inter-layer zone， ITZ)表示出藐小的等轴晶粒，而熔池内部表示出粗等轴晶粒。原位析出导致初生Al3(Sc， Zr)沿熔池鸿沟和层间堆积，正在熔池内部存正在少量次生Al3(Sc， Zr)。相较于WADED Al-Mg构件，WADED Al-Mg-Sc-Zr电化学侵蚀行为有所改善。WADED Al-Mg正在弥散分布的β-Al3Mg2处呈现点蚀，WADED Al-Mg-Sc-Zr中沿熔池鸿沟和层间堆积Al3(Sc， Zr)惹起电偶侵蚀，形成分层侵蚀特征。WADED Al-Mg-Sc-Zr的侵蚀各向同性较着，这是由于较多的熔池鸿沟和层间使XOZ平面庞易发生侵蚀。

　　正在3。5 wt。 % NaCl中浸泡24小时后的WADED Al-Mg合金中点蚀坑随机分布。取WADED Al-Mg XOZ面比拟，YOZ面上的点蚀深度略小。对于WADED Al-Mg-Sc-Zr构件，XOZ面侵蚀蚀点次要沿熔池鸿沟MPB和层间ITZ区域发生，而YOZ面侵蚀蚀点集中正在ITZ区域。点蚀坑统计拟合成果显示WADED Al-Mg-Sc-Zr中点蚀坑程度标的目的扩展速度均大于深度标的目的扩展速度。

　　正在WADED Al-Mg中，β-Al3Mg2做为基体的阳极相，取基体发生电偶侵蚀发生点蚀坑。侵蚀后β-Al3Mg2的剥落是点蚀坑构成的次要缘由。WADED中的Al6(Mn， Fe)做为基体的微阳极相，也倾向于优先消融，但少量的Al6(Mn， Fe)仅做为侵蚀特征位点，不从导侵蚀行为。WADED Al-Mg-Sc-Zr中点蚀坑正在XOZ面沿熔池鸿沟MPBs和层间区域ITZ堆积，正在YOZ面沿层间ITZ堆积，点蚀倾向于呈现正在粗大Al3(Sc， Zr)颗粒附近，WADED Al-Mg-Sc-Zr合金的点蚀尺寸小于Al-Mg合金。

　　WADED Al-Mg XOZ和YOZ面均表示出由粗等轴晶粒构成的平均微不雅组织。WADED Al-Mg-Sc-Zr组织表示出较着的分层特征，层间区(ITZ)存正在藐小等轴晶，层中区(INZ)粗、细等轴晶交替呈现。正在WADED Al-Mg-Sc-Zr合金中，熔池鸿沟MPBs较着可见，沿MPBs分布着藐小的等轴晶粒，熔池内部存正在着粗等轴晶粒。WADED Al-Mg-Sc-Zr XOZ面比YOZ面具有更多的异质布局鸿沟(ITZ和MPB）。

　　增材制制正在实现复杂布局金属构件成形和机能调控方面具有杰出劣势。丝材电弧定向能量堆积(Wire arc-directed energy deposition，WADED)做为增材制制手艺之一，具有堆积效率高、可实现大尺寸构件集成制制等长处。由其制备的WADED Al-Mg合金构件正在航空航天工业中具有主要使用潜力。取其他增材制制方式比拟，WADED具有冷却速度相对较慢、温度梯度较低的特点。同时，WADED逐层堆积过程中的动态热轮回也会导致原位析出行为。前期研究发觉，Sc/Zr微合金化推进Al3(Sc， Zr)相的析出，可较着提高Al-Mg合金力学机能。考虑到铝合金中的析出相特征(大小和分布)取其侵蚀行为亲近相关，因而，针对动态热轮回感化下的原位析出行为对WADED Al-Mg-(Sc-Zr)侵蚀行为影响开展研究，可为航空航天WADED高机能铝合金的力学机能和耐久性研究供给支撑。

　　通过无限元法阐发堆积过程中的动态热轮回对Al3(Sc， Zr)原位析出行为的影响发觉，WADED过程的热轮回可分为两类：I型，峰值温度较着跨越Al3(Sc， Zr)消融温度(TP)，持续时间相对较长。这品种型导致高熔点Al3(Sc， Zr)完全消融；II型，峰值温度取TP相当或低于TP，持续时间短。这品种型是影响析出相尺寸的环节要素。正在II型热轮回感化下，析出相逐步长大，II型热轮回次数越多的区域，析出相尺寸越大。温度场模仿显示，当前堆积层熔池中，接近熔池核心的点（1-9）履历了I型热轮回。接近熔池鸿沟MPB的10点和11点履历了II型热轮回，导致Al3(Sc， Zr)优先沿熔池鸿沟MPB成核析出。液体温度（TL）和固体温度（TS）之间的区域能够揣度为糊状区。糊状区的12 ~ 13点履历了典型的II型热轮回。这导致层间区ITZ比层中INZ区域表示出更大的Al3(Sc， Zr)尺寸。取YOZ平面比拟，XOZ平面呈现出更大的糊状区，包罗熔池鸿沟MPB和沉熔层间ITZ区。因而，正在XOZ平面上，粗大初生Al3(Sc， Zr)正在熔池鸿沟MPB和层间ITZ区域呈现，而正在YOZ平面上，只要ITZ区呈现初生Al3(Sc， Zr)堆积。正在随后的堆积过程中，热轮回发生了从I型向II型的改变，导致沿熔池鸿沟MPB和层间ITZ区域的初生Al3(Sc， Zr)进一步粗化，次生Al3(Sc， Zr)正在熔池内形核。动态热轮回最终导致较大尺寸的初生Al3(Sc， Zr)沿熔池鸿沟MPB和层间区域ITZ堆积，而较小尺寸的次生Al3(Sc， Zr)正在熔池内部弥散分布。沿MPB和ITZ堆积的粗大初生Al3(Sc， Zr)取基体的电偶侵蚀感化导致了分层侵蚀特征。

　　丝材电弧定向能量堆积（WADED）制备Al-Mg合金构件正在多个范畴具有广漠的使用前景，Al-Mg合金具有低密度、可以或许无效减轻航空航天器的布局分量，提高燃油效率和飞翔机能。WADED可以或许实现复杂布局的一体化制制，削减零部件数量和拆卸工做量，提高布局的全体性和靠得住性。这对于航空航天器中一些具有复杂内部布局的部件，如策动机零部件、机翼布局件等的制制具有主要意义。通过节制堆积过程中的热轮回和合金成分，WADED能够实现Al-Mg合金的微不雅组织调控，从而优化其力学机能和耐侵蚀机能。例如，添加Sc、Zr等元素能够推进Al3(Sc， Zr)相的析出，提高合金的强度和韧性，同时改善其耐侵蚀性。”。

　　正在WADED Al-Mg构件中，粗大的β-Al3Mg2沿粗等轴晶粒的GBs分布。大部门Al6(Mn， Fe)正在晶粒内随机分布，少部门位于晶界。因为Sc/Zr引入后的细化晶粒结果，WADED Al-Mg-Sc-Zr中β-Al3Mg2正在晶界处的堆积被减弱。Al3(Sc， Zr)颗粒堆积正在沿熔池鸿沟及层间的藐小等轴晶粒处。

　　WADED Al-Mg-Sc-Zr中的初生Al3(Sc， Zr)颗粒正在凝固过程中供给了无效的非均相形核位点，提高了形核速度。因为高热不变性，初生Al3(Sc， Zr)颗粒也正在沉熔过程中做为形核位点。因而，沿熔池鸿沟和层间的藐小等轴晶区呈现初生Al3(Sc， Zr)颗粒堆积的现象，其平均半径为73±54 nm。正在粗等轴晶区域的藐小析出相为次生Al3(Sc， Zr)，其平均尺寸为18±7 nm，这是因为后续堆积过程的热轮回导致熔池内的Sc/Zr过饱和区析出次生Al3(Sc， Zr)。此外，次生Al3(Sc， Zr)的分布特征导致沿粗等轴晶粒的晶界构成无析出区(precipitation free zone， PFZ)。

　　WADED Al-Mg-Sc-Zr的侵蚀各向同性较为较着，可归因于XOZ面表示出较多的层间区域ITZ和熔池鸿沟MPB，YOZ面Al3(Sc， Zr)堆积区较少(只要ITZ)，耐蚀性较好。

　　电化学测试成果显示，比拟于WADED Al-Mg，WADED Al-Mg-Sc-Zr呈现出更快的开电位(OCP)增加速度、更高的OCP终值、更大的环半径，以及较小的侵蚀电流。对于WADED Al-Mg(-Sc-Zr)组件，YOZ平面比XOZ平面具有更快的OCP上升速度、更高的低频模量，以及较小的侵蚀电流，表示出较好的耐侵蚀性。