禹润缜,余圣甫,郑 博,张 超

(华中科技大学 材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北 武汉 430074)

7075铝合金属于Al-Zn-Mg-Cu合金系的高强铝合金，具有轻质、比强度高、比刚度高等特点，广泛应用于航空、航天、建筑、交通等领域关键构件的制造[1]。

电弧增材制造是采用电弧为热源熔化金属丝材,按照设定的路径层层堆积熔融金属以制造实体金属构件的新技术。该技术成形环境开放,材料利用率高,且无需模具,整体制造周期短,对构件设计响应快。同时,堆积金属的熔炼与冶金过程均在小熔池中进行,成形构件组织较为均匀[2]。因此,电弧增材制造是实现7075铝合金构件高效高质量成形的重要新方法。

堆积金属气孔缺陷是降低电弧增材制造7075高强铝合金构件质量的关键问题之一。Dong等[3]电弧增材制造了7075铝合金,发现堆积金属内易存在直径70～80 μm的氢气孔,其在堆积金属受力时易成为应力集中源,导致裂纹首先在气孔处形成并扩展,堆积金属抗拉强度为210～240 N/mm2。Ryan等[4]研究表明7075高强铝合金室温下即会形成氧化膜,氧化膜易吸收水分引入[H]源,[H]在铝液凝固时溶解度降低约95%,析出大量H2,而铝液凝固速度较高,阻碍了H2气泡的充分逸出,从而在堆积金属内部形成气孔缺陷。

现阶段国内外学者研究表明,通过调控电弧增材制造工艺参数可有效减少高强铝堆积金属气孔率。李权、Cong等[5-6]指出,对于Al-Cu系高强铝合金,采用变极性电流、电压波形可增强阴极雾化效果,破碎丝材及基板表面的氧化膜,减少H2来源;采用脉冲电流可促进熔池震荡以利于气体逸出,同时较小的热输入亦可减小熔深,以缩短气体逸出行程,易于气体逸出,有效减少气孔缺陷。……