摘要：文中探讨了多层增材摩擦搅拌沉积（AFSD）技术在制造高强度铝合金（AA7075）壁板中的应用，重点关注材料的结构完整性。研究首次详细表征了基底与沉积材料之间的界面，揭示了微观结构的平滑过渡和局部异质性，为理解AFSD工艺中的热循环和机械加载提供了新的视角。研究
导读
文中探讨了多层增材摩擦搅拌沉积（AFSD）技术在制造高强度铝合金（AA7075）壁板中的应用，重点关注材料的结构完整性。研究首次详细表征了基底与沉积材料之间的界面，揭示了微观结构的平滑过渡和局部异质性，为理解AFSD工艺中的热循环和机械加载提供了新的视角。研究结果表明，AFSD作为一种固态工艺，避免了传统增材制造技术中的熔融缺陷，特别适用于高强度铝合金的制造和修复，因此在修复受损部件方面具有巨大潜力，尤其是在航空航天和高端制造领域。
火箭发射器具有复杂的结构，需要大量的时间和资源进行制造。过去十年中，人们为降低生产成本做出了巨大努力，尤其是在开发可重复使用的发射器方面。这些系统在飞行中受到极端的机械和环境应力，促使需要创新的制造解决方案来生产耐用、高性能的部件。增材制造（AM）技术在这一领域脱颖而出，能够减少材料浪费并缩短生产周期。然而，由于其通常会导致热裂纹、元素升华和孔洞形核等缺陷，许多火箭部件，尤其是采用时效硬化铝合金制成的部件，对传统的基于熔融的AM方法提出了挑战。
为此，增材摩擦搅拌沉积（AFSD）的新型AM技术被开发。AFSD是一种固态工艺，特别适用于加工7xxx系铝合金，避免了传统AM技术带来的缺陷。AFSD是摩擦搅拌焊接（FSW）的AM扩展，通过塑性变形和非消耗性旋转空心肩部的摩擦热来实现材料的沉积。在沉积过程中，热循环对材料的微观结构和性能产生了显著影响，尤其是在修复受损部件的应用中更为突出。因此，研究AFSD结构中的多尺度异质性以及沉积对健康基底的影响具有重要意义。
近日，巴黎-萨克雷大学的研究团队通过对 AA7075 合金进一步分析，重点研究微观结构和力学性能如何依赖于 AFSD 打印墙体中的位置，以更深入地理解多层 AFSD 结构的多尺度异质性，以及沉积对优异基底的影响。相关工作以题为“Investigating multi-scale heterogeneity in multi-layer additive friction stir deposition of high-strength aluminum alloys ”发表于期刊《Materials Science and Engineering: A》。
在各层中，微观结构和力学性能的变化是平滑的，且层间未表现出显著的微观结构变化。密度和尺寸的增加与硬度和拉伸性能的降低相关，这是由于η'相的过时效导致的。晶体学观察显示再结晶和剪切织构组分的交替，且强度随位置变化。沉积和过时效的局部条件共同影响了晶粒形态、取向扩散和织构变化。
界面是一个平滑过渡区域，延伸数百微米，由部分再结晶晶粒组成。这种扰动微观结构表现出局部硬度异质性，归因于织构、晶粒尺寸和析出相的显著变化。在其下方，热循环显著改变了基底的析出状态，导致强度在数毫米高度范围内急剧下降。
未来的研究将继续探索AFSD在这些合金中的应用能力，特别是在修复应用的背景下。尤其关注微观结构变化引起的梯度行为，这将对AFSD制造的部件的机械响应或通过AFSD修复的结构的再验证产生重大影响。
免责声明：本文原创自期刊正式发表论文，仅供学术交流，数据和图片来源于所属出版物，如有侵权请联系删除。
来源：特铸杂志