近日，我院谭超林教授团队联合新加坡A*STAR和南洋理工大学在Advanced Materials (影响因子29.1)发表题为“Innovative Additive Manufacturing of Ultrahigh-Strength and Heat-Resistant Aluminum Alloy”的研究论文，苏州大学为论文第一单位和唯一通讯单位。
高强Al-Zn-Mg-Cu系铝合金（如AA7075）因具有高比强度和良好的综合性能，被广泛应用于航空航天、轻量化结构等领域。然而，由于其凝固温度区间宽、热裂纹敏感性高，在激光增材制造过程中容易产生裂纹、粗大柱状晶以及明显的力学性能各向异性，严重限制了其工程应用。目前，Sc/Zr微合金化被认为是改善高强铝合金增材制造性能的重要方法，但昂贵的合金元素显著增加了制造成本。因此，如何通过低成本材料设计与先进激光热场调控，实现高强铝合金的稳定打印、高均匀组织和优异综合性能，是金属增材制造领域亟需解决的关键问题。
针对传统高强AA7075铝合金在激光定向能量沉积过程中热裂纹敏感、组织与性能不均匀以及Sc/Zr合金化成本较高等问题，本研究提出了一种“材料设计+激光工艺协同创新”的新策略。在材料设计方面，选择具有较高激光吸收能力和良好异质形核作用的TiC颗粒增强AA7075，并利用TiC在加工过程中部分分解释放Ti元素，形成“TiC颗粒异质形核+Ti溶质生长限制”的双重孕育作用。在工艺方面，采用同轴送丝环形激光LDED，通过均匀化熔池能量分布、降低温度梯度和冷却速率，有效抑制凝固裂纹并促进柱状晶向等轴晶转变。在材料与工艺的协同作用下，研究实现了AA7075合金的无裂纹、高致密和全等轴细晶成形，打印件表现出良好的组织与力学性能均匀性。经T73热处理，在合金内部形成η′-MgZn2、θ′-Al2Cu和T′等多类型、多尺度纳米析出相，使材料室温屈服强度达到501-511 MPa、延伸率达到7.3%-8.1%；在250 ℃下仍保持275 MPa屈服强度和13.6%延伸率。研究进一步通过原位TEM揭示了TiC晶界钉扎及热稳定Al2Cu析出相对高温组织稳定性和力学性能的贡献，为低成本、高强、耐热铝合金增材制造提供了新的材料-工艺协同设计思路。
该项目得到国家自然科学基金面上项目以及江苏省特聘教授项目支持。论文链接：http://doi.org/10.1002/adma.74966
