近年來(lái)，普通3D打印Al-Si合金在航空航天領(lǐng)域高溫承重結(jié)構(gòu)件應(yīng)用上的局限日益凸顯，含Sc高強(qiáng)鋁合金研發(fā)成為熱點(diǎn)。由于Al-Sc合金優(yōu)良的比強(qiáng)度及耐高溫抗蠕變性能，復(fù)雜構(gòu)件可大幅減小材料用量，從而達(dá)到增質(zhì)減重的目的。此外，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，許多零部件處于低循環(huán)載荷環(huán)境。然而，對(duì)于高周疲勞服役工況，在不發(fā)生明顯的塑性變形條件下，復(fù)雜構(gòu)件失效情況較難得到科學(xué)預(yù)防。因此，探明高溫高強(qiáng)Al-Sc合金的疲勞強(qiáng)度變化規(guī)律及其主要影響因素，將進(jìn)一步推動(dòng)激光粉末床熔融技術(shù)在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。

為此，季華實(shí)驗(yàn)室金屬增材制造技術(shù)與裝備研究團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高強(qiáng)鋁成分設(shè)計(jì)、工藝優(yōu)化及部件制造等應(yīng)用基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，并開展了含Sc高強(qiáng)鋁的疲勞強(qiáng)度變化規(guī)律及其主要影響因素分析工作，取得了重要進(jìn)展。在R=0.1且疲勞周次為1×107條件下，經(jīng)過(guò)直接時(shí)效熱處理（300℃保溫5小時(shí)）后，LPBF成形Al-Mn-Sc合金的疲勞強(qiáng)度可達(dá)到220MPa，遠(yuǎn)高于已發(fā)表的其他工作（<150MPa）。同時(shí)由于材料沿沉積方向α-Al柱狀晶的等軸化，其各向異性被極大消除，為增材制造高強(qiáng)鋁合金在承力件上的應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以季華實(shí)驗(yàn)室第一單位發(fā)表于2024年第一期《Light: Advanced Manufacturing》上，題為“Multivariate relationships between microstructure evolution and strengthening mechanisms in laser powder bed fusion of Al-Mn-Sc alloy: towards improved fatigue performance”（湯華平博士為第一作者，饒衡副研究員為通訊作者）。同時(shí)以參研單位通訊作者發(fā)表于2024年《Journal of Materials Science & Technology》（中科院金屬口一區(qū)頂刊）、《Additive Manufacturing Letters》、《Journal of Materials Research and Technology》等期刊上?；谠撓盗醒芯砍晒皥F(tuán)隊(duì)最新開發(fā)的鋁合金超高速離心霧化工藝及裝備，成功申報(bào)了2023年廣東省市聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目《先進(jìn)鋁合金增材制造技術(shù)與強(qiáng)韌化機(jī)制研究》。

增材制造高強(qiáng)鋁合金的疲勞強(qiáng)度影響因素較多（主要包括成形缺陷、粗大富Mn相夾雜等），著眼未來(lái)規(guī)?；I(yè)應(yīng)用，仍需進(jìn)一步調(diào)整合金成分，改善粉末原材料質(zhì)量，提升合金的疲勞強(qiáng)度及服役性能預(yù)測(cè)精確度。

圖1 LPBF成形Al-Mn-Sc合金的雙態(tài)顯微組織（細(xì)等軸晶和柱狀晶）及晶粒尺寸分布

圖2 LPBF成形Al-Mn-Sc合金的納米析出相與熱處理前、后力學(xué)性能

圖3 LPBF成形Al-Mn-Sc合金的疲勞強(qiáng)度及與Al-Si系合金性能比較