AFSD高强铝合金析出强化的研究现状及发展趋势

吴永泰1，杜成超1，任旭东2（1 江苏大学 材料科学与工程学院；2 江苏大学 机械工程学院）

摘要：增材搅拌摩擦沉积（additive friction stir deposition， AFSD）具有沉积温度低、增材质量好、制造效率高等特点，在航空航天制造领域具有广阔的应用前景。本文详细介绍了AFSD 技术，深入剖析了AFSD 对三类析出强化型铝合金组织和性能的影响规律及机理，并指出了制约高强铝合金构件AFSD 制造的关键问题。AFSD 在固相下进行沉积，克服了基于激光和电弧沉积的气孔和热裂纹缺陷。然而，在AFSD 过程中，由于沉积金属的冷却速度较慢，敏感温度区间的停留时间较长，在增材时后续沉积层对前一层，甚至前几层均有热作用。因此，沉积样品中部与底部的晶内强化相粗大，使得沉积层中下部的强度急剧下降。沉积层顶部不受二次或多次热循环的影响，析出相分布均匀，力学性能较好，但仍低于基体材料。时效处理可使AFSD 过程固溶的部分元素再次析出，性能轻微提升，但始终无法达到固溶+时效（T6）的水平。虽然沉积态经过T6 处理后可再次形成均匀细小的强化相，使其强度重新达到峰值，但在固溶的同时，沉积材料将发生晶粒的异常长大（abnormal grain growth，AGG）问题，因此，通常不建议对AFSD 沉积金属进行固溶处理。为了实现高强度析出强化铝合金构件的AFSD 制造，未来还需要在合金化设计、复合强化、工艺创新等方面开展进一步的研究工作。

关键词：固相增材制造；铝合金；搅拌摩擦增材；增材搅拌摩擦沉积；析出相