2.5铝合金
传统加工的铝及其合金在工业上仅次于钢 ， 因为其密度低、比强度高、延展性高、在零下温度下的韧性高、耐腐蚀性高、导热性和导电性高、反射率高、加工性好、可回收性好和成本效益高 。 它们在各种应用中发挥着重要作用 ， 包括飞机机身、机翼、机翼、锻造发动机活塞、燃料电池、机身、卫星和汽车零件、建筑、炊具等 。
将铝合金的良好特性与自动制造中的零件设计自由相结合 ， 引起了人们对铝合金自动制造的极大兴趣 。 不过 ， 由于高表面反射率和导热性以及与AM相关的高冷却速率 ， 大多数铝合金的激光AM提出了一些重大挑战 ， 导致铝合金中形成孔隙和热裂纹 。 铝固有的高表面反射率要求应用更高的激光功率 ， 以允许足够的能量吸收 ， 并促进沉积铝粉的完全熔化 。 由于低沸点合金元素的蒸发 ， 这种增加的激光功率可能导致沉积合金中出现气孔 。 Svetlizky等人利用DED-LB沉积预合金气体雾化Al 5083粉末 ， 并表征了沉积合金的微观结构和机械性能 。 5xxx系列基于铝-镁 ， 不可时效硬化 。 它结合了中高强度、良好的焊接性和在海军环境中的良好耐腐蚀性 。 Svetlizky等人报告 ， 由于元素蒸发 ， 镁浓度降低了35% 。 在退火（O）条件下 ， 将沉积态合金的化学成分和机械性能与锻造Al 5754进行比较 ， 最大相对密度为99.26%（图8a） 。
图8 （a）显示Mg和Zn选择性元素蒸发的DED-LB高密度（大于99%）Al5xxx合金 ， 机械性能与锻造Al 5754-O相当 。 （b）基底主动冷却（空气和水）对AlMgScZr合金微观结构和力学性能的影响 。 （c）使用田口方法优化DED-LB AlSi10Mg合金的工艺参数 。
Wang等人研究了在DED-LB过程中用Sc和Zr合金化AlMg合金以及在325°C下时效4小时对Al3（Sc ， Zr）沉淀机制和由此产生的机械性能的影响 。 沉积的AlMgScZr合金的微观结构受空气和水冷却过程中不同的热历史和冷却速率控制 。 在空气冷却和水冷却时 ， 分别报告了同质等轴晶粒和异质晶粒结构 。 与风冷合金相比 ， 水冷样品在时效后的屈服强度增加了两倍 。 这种增加是由于水冷合金中Al3（Sc ， Zr）相的严重沉淀 。 析出第二相的增加也影响显微硬度 。 结果表明 ， 水冷合金的较高显微硬度和析出相的加入增加了时效热处理的效果（图8b） 。
在处理基于激光的铝沉积时 ， 残余应力也是一个挑战 。 铝的高热膨胀系数使其在固有重复热循环期间极易收缩、裂纹形成和可能的材料变形 。 由于密度低 ， 铝的粉末流动性较差 ， 影响了吹塑粉末质量流量（PMFR）的稳定性 ， 从而影响了沉积物的质量 。 铝的高吸湿性和表面氧化是阻碍铝合金良好激光沉积的额外特性[ 。 由于上述挑战 ， 仅使用电沉积方法沉积了有限的铝合金成分 ， 主要集中在AlSi和AlSi10Mg合金 。 这是由于其独特的性能 ， 例如出色的激光吸收、高耐腐蚀性、良好的焊接性以及良好的静态和动态机械性能 。 他们广泛研究的另一个原因是硅含量高 。 硅的加入增强了熔池的润湿性 ， 降低了熔化温度 ， 降低了凝固过程中的收缩和开裂敏感性 ， 并提高了耐蚀性 。 据报道 ， 微结构形貌随与基板的垂直沉积距离而变化 。 结果表明 ， 沉积态铝合金的微观结构由沿构建方向的三种不同形态组成（图8c） ， 从靠近基板的细胞状转变为中心的柱状树枝状 ， 最后在顶部边缘附近等轴 。 这一现象归因于随着建筑高度的增加 ， 冷却速率下降 。
工艺气孔形成机理 。
一些研究调查了主要工艺参数对DED-AlSi10Mg合金微观结构和性能的影响 。 Gao等人证明了激光扫描速度对AlSi10Mg的孔形成、微观结构演变和显微硬度的重要性 。 结果表明 ， 在相似的工艺参数下 ， 激光扫描速度的增加导致沉积密度增加、微观组织细化、显微硬度和拉伸性能增加 。 这一结论与其他关于AlSi10Mg合金电火花放电的研究一致 。
与AlSi和AlSi10Mg合金相比 ， Al 7xxx系列具有优异的机械性能 。 不过Al 7xxx系列的AM仍然是一个挑战 。 选择性蒸发低沸点元素 ， 如锌、铜和镁 ， 这些合金中的主要合金元素 ， 可能会导致气孔 ， 从而降低沉积合金的机械性能 。 Singh等人评估了al 7050的DED-LB电位 。 结果表明 ， 沉积后 ， Mg和Zn显著减少 ， 导致沉积合金中出现孔隙和LoF 。 为了应对这一挑战 ， Singh等人使用了一种表面改性的al 7050预合金粉末 ， 该粉末涂有镍 ， 以提高激光加工过程中的激光能量吸收率 ， 从而降低所施加的激光能量 。 虽然发现镍改性的Al 7050粉末有助于降低孔隙率 ， 但由于镍偏析到枝晶间边界并形成脆性Al3Ni金属间相 ， 仍观察到机械性能下降 。
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