形核劑調(diào)控增材制造鋁合金微觀結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的研究一、引言1.1研究背景與意義鋁合金作為一種重要的輕質(zhì)金屬結(jié)構(gòu)材料，以鋁為基，主要合金元素包括銅、硅、鎂、鋅、錳等，次要合金元素有鎳、鐵、鈦、鉻、鋰等。其憑借低密度、高強(qiáng)度、良好的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性、優(yōu)秀的抗蝕性以及易加工等一系列獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，在眾多領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。在航空航天領(lǐng)域，鋁合金是制造飛機(jī)機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)部件和航天器結(jié)構(gòu)的首選材料，現(xiàn)代飛機(jī)中鋁合金占比高達(dá)70%-80%，因其密度約為2.7g/cm3，大約是鋼的1/3，能有效減輕航空器重量，提高載重能力和燃油效率，且通過(guò)合金化和熱處理等手段可提高強(qiáng)度，滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力條件下的要求，良好的焊接性能也便于組裝大型結(jié)構(gòu)。在汽車制造領(lǐng)域，鋁合金用于制造車身、發(fā)動(dòng)機(jī)部件、輪轂等，既減輕了汽車的重量，又提高了燃油效率，如特斯拉等車企大量采用鋁合金材料。在船舶制造中，鋁合金因其耐海水腐蝕性和輕質(zhì)特性，被用于船體結(jié)構(gòu)、甲板和上層建筑，能夠顯著降低船舶重量，提高燃油效率。此外，在機(jī)械制造、化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域，鋁合金也發(fā)揮著重要作用，如用于制造各種機(jī)械和設(shè)備的零部件以及化工設(shè)備等。增材制造，俗稱3D打印，是一種融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成型技術(shù)的先進(jìn)制造技術(shù)。它以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品。與傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)具有諸多顯著優(yōu)勢(shì)。它具有設(shè)計(jì)自由度高的特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的“自由制造”，解決了許多傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀零件的成形問(wèn)題，無(wú)需傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺(tái)設(shè)備上可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件。增材制造技術(shù)材料利用率高，減少了材料的浪費(fèi)，生產(chǎn)周期短，能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，尤其適合小批量、個(gè)性化定制生產(chǎn)。在航空航天領(lǐng)域，增材制造技術(shù)可以制造復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件等；在醫(yī)療器械領(lǐng)域，可用于制造定制化的醫(yī)療器械，如人工關(guān)節(jié)、牙齒、植入物等。然而，增材制造鋁合金在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨一些亟待解決的問(wèn)題。由于增材制造過(guò)程中會(huì)引入很大的溫度梯度和凝固速率，導(dǎo)致極高的冷卻速率，這使得鋁合金容易形成柱狀晶晶粒形貌，這種晶粒形貌會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響。在激光／電子束增材制造過(guò)程中，鋁合金還容易出現(xiàn)熱裂紋問(wèn)題，熱裂紋往往會(huì)沿著粗大柱狀晶之間的晶界開(kāi)裂，并貫穿于多層打印層之間，嚴(yán)重?fù)p害其機(jī)械強(qiáng)度、疲勞壽命和斷裂韌度。孔洞的存在也是一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，中高強(qiáng)鋁合金在增材制造過(guò)程中易形成匙孔、氣孔和未熔合缺陷，這些孔洞會(huì)降低材料的致密度，從而損害其性能。此外，增材制造過(guò)程中的激光能量較高，若合金中某些元素的沸點(diǎn)低于合金母材沸點(diǎn)，則可能會(huì)發(fā)生選擇性蒸發(fā)，如鋁合金粉末中的Mg、Zn等元素在較高激光功率熔融時(shí)易揮發(fā)，導(dǎo)致合金成分波動(dòng)，引起成分變化，進(jìn)而改變材料的凝固組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性等。同時(shí)，由于氧化鋁的熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，鋁合金粉末表面極易產(chǎn)生氧化膜，盡管增材制造過(guò)程中不斷充入惰性氣體，但真空腔室中仍會(huì)有0.1%-0.2%的氧氣殘留，這導(dǎo)致在逐層打印過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化現(xiàn)象，不僅會(huì)顯著降低增材制造鋁合金的零件質(zhì)量，還會(huì)使打印層之間的氧化導(dǎo)致下一打印層中的合金粉末顆粒團(tuán)聚，使粉末分布不均勻，嚴(yán)重?fù)p害零件的結(jié)構(gòu)完整性和精度。形核劑在改善增材制造鋁合金性能方面具有重要作用。在實(shí)際鑄件生產(chǎn)中，向液態(tài)金屬中添加形核劑或稱孕育劑，進(jìn)行孕育處理，是控制金屬和合金鑄態(tài)組織的重要方法之一。形核劑主要有幾類：直接作為外加晶核的形核劑；能形成較高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物的形核劑；通過(guò)在液相中微區(qū)富集使結(jié)晶相提前彌散析出形成的形核劑；含強(qiáng)成分過(guò)冷元素的形核劑。通過(guò)添加形核劑，可以引入異質(zhì)形核位點(diǎn)，有效細(xì)化晶粒，改變材料的微觀組織，從而提高材料的強(qiáng)度、韌性、耐腐蝕性等性能。例如，在增材制造耐熱鋁合金時(shí)，添加孕育劑輔助鋁合金，通過(guò)預(yù)合金化或Sc、Zr、Ti等元素與合金粉末混合制備，在增材制造過(guò)程中，優(yōu)先析出的L12結(jié)構(gòu)Al3X相能夠作為異質(zhì)形核顯著細(xì)化晶粒并釘扎于晶界，不僅確保合金的良好打印性能，還大幅提升了制備產(chǎn)物的耐熱性與強(qiáng)度。因此，研究形核劑對(duì)增材制造鋁合金顯微組織及力學(xué)性能的影響具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。從理論方面來(lái)看，深入探究形核劑的作用機(jī)制，有助于揭示增材制造過(guò)程中鋁合金的凝固行為和組織演變規(guī)律，豐富和完善材料科學(xué)理論體系。在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)合理選擇和添加形核劑，可以有效改善增材制造鋁合金的性能，提高其質(zhì)量和可靠性，擴(kuò)大其在航空航天、汽車制造、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)也有助于降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1增材制造技術(shù)概述增材制造技術(shù)，又被稱為3D打印技術(shù)，是一種極具創(chuàng)新性的制造技術(shù)，其核心原理是基于離散-堆積原理，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，從而制造出實(shí)體物品。與傳統(tǒng)的減材制造技術(shù)相比，增材制造技術(shù)具有諸多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。在設(shè)計(jì)自由度方面，它能夠突破傳統(tǒng)制造工藝的限制，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)零件的“自由制造”，無(wú)需傳統(tǒng)的刀具和夾具以及多道加工工序，在一臺(tái)設(shè)備上就可快速精密地制造出任意復(fù)雜形狀的零件，解決了許多傳統(tǒng)制造工藝難以實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜形狀零件的成形問(wèn)題。材料利用率高也是其顯著優(yōu)勢(shì)之一，它減少了材料的浪費(fèi)，能夠更有效地利用原材料。增材制造技術(shù)生產(chǎn)周期短，能快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，尤其適合小批量、個(gè)性化定制生產(chǎn)。在航空航天領(lǐng)域，增材制造技術(shù)發(fā)揮著重要作用，如制造復(fù)雜的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件、輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件等，美國(guó)通用電氣公司利用增材制造技術(shù)生產(chǎn)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油噴嘴，不僅提高了燃油效率，還降低了生產(chǎn)成本。在醫(yī)療器械領(lǐng)域，可用于制造定制化的醫(yī)療器械，如人工關(guān)節(jié)、牙齒、植入物等，為患者提供更加個(gè)性化的治療方案。在汽車制造領(lǐng)域，增材制造技術(shù)可以用于制造輕量化零件、復(fù)雜的功能集成件等，特斯拉等車企在汽車制造中運(yùn)用增材制造技術(shù)，減輕了汽車重量，提高了燃油效率。目前，常見(jiàn)的增材制造工藝有熔融沉積成型（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）、選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）、立體光固化（SLA）、數(shù)字光處理（DLP）等。熔融沉積成型（FDM）的原理是將塑料絲材加熱熔化后，通過(guò)噴頭逐層擠出并固化成型，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于教育、家庭、小型企業(yè)和快速原型制作等領(lǐng)域。選擇性激光燒結(jié)（SLS）利用激光作為能量源，將粉末材料逐層燒結(jié)成型，適用于多種材料，如塑料、金屬、陶瓷等，具有較高的成型精度和表面質(zhì)量。選擇性激光熔化（SLM）則是利用高能量密度的激光束將金屬粉末完全熔化并逐層凝固堆積，能夠制造出致密度高、力學(xué)性能好的金屬零件，常用于制造航空航天、汽車等領(lǐng)域的關(guān)鍵零部件。電子束熔化（EBM）利用電子束作為能量源，將金屬粉末逐層熔化并燒結(jié)成型，具有較高的成型精度和表面質(zhì)量，適用于航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的高性能金屬零件制造。立體光固化（SLA）利用紫外光固化液態(tài)樹(shù)脂，具有較高的成型精度和表面質(zhì)量，適用于精密零件制造和快速原型制作。數(shù)字光處理（DLP）利用數(shù)字微鏡器件（DMD）控制光源，通過(guò)逐層固化液態(tài)樹(shù)脂，具有較高的成型速度和精度，適用于小型零件制造和快速原型制作。在鋁合金制造中，增材制造技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。通過(guò)增材制造技術(shù)，可以制造出具有復(fù)雜形狀和高性能的鋁合金零件，滿足航空航天、汽車等領(lǐng)域?qū)︿X合金零件的需求。然而，增材制造鋁合金也面臨一些挑戰(zhàn)，如在激光／電子束增材制造過(guò)程中，會(huì)引入很大的溫度梯度和凝固速率，導(dǎo)致極高的冷卻速率，容易形成柱狀晶晶粒形貌，這種晶粒形貌會(huì)對(duì)材料的性能產(chǎn)生不利影響。鋁合金在增材制造過(guò)程中還容易出現(xiàn)熱裂紋問(wèn)題，熱裂紋往往會(huì)沿著粗大柱狀晶之間的晶界開(kāi)裂，并貫穿于多層打印層之間，嚴(yán)重?fù)p害其機(jī)械強(qiáng)度、疲勞壽命和斷裂韌度?？锥吹拇嬖谝彩且粋€(gè)常見(jiàn)問(wèn)題，中高強(qiáng)鋁合金在增材制造過(guò)程中易形成匙孔、氣孔和未熔合缺陷，這些孔洞會(huì)降低材料的致密度，從而損害其性能。此外，增材制造過(guò)程中的激光能量較高，若合金中某些元素的沸點(diǎn)低于合金母材沸點(diǎn)，則可能會(huì)發(fā)生選擇性蒸發(fā)，如鋁合金粉末中的Mg、Zn等元素在較高激光功率熔融時(shí)易揮發(fā)，導(dǎo)致合金成分波動(dòng)，引起成分變化，進(jìn)而改變材料的凝固組織、力學(xué)性能和耐腐蝕性等。同時(shí)，由于氧化鋁的熱力學(xué)穩(wěn)定性較高，鋁合金粉末表面極易產(chǎn)生氧化膜，盡管增材制造過(guò)程中不斷充入惰性氣體，但真空腔室中仍會(huì)有0.1%-0.2%的氧氣殘留，這導(dǎo)致在逐層打印過(guò)程中會(huì)發(fā)生氧化現(xiàn)象，不僅會(huì)顯著降低增材制造鋁合金的零件質(zhì)量，還會(huì)使打印層之間的氧化導(dǎo)致下一打印層中的合金粉末顆粒團(tuán)聚，使粉末分布不均勻，嚴(yán)重?fù)p害零件的結(jié)構(gòu)完整性和精度。1.2.2鋁合金微觀組織與力學(xué)性能關(guān)系鋁合金的微觀組織對(duì)其力學(xué)性能有著至關(guān)重要的影響，二者之間存在著緊密的聯(lián)系。鋁合金的微觀組織主要由晶粒、相和晶界組成。晶粒是由原子按照一定的排列規(guī)則組成的結(jié)晶區(qū)域，其尺寸、形態(tài)和取向等因素對(duì)鋁合金的力學(xué)性能有著顯著影響。一般來(lái)說(shuō)，晶粒尺寸越小，材料的強(qiáng)度和硬度越高，這是因?yàn)樾【Я?nèi)的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)受到晶界和相的阻礙，從而增加了材料的強(qiáng)度。Hall-Petch公式定量地描述了晶粒尺寸與屈服強(qiáng)度之間的關(guān)系，即屈服強(qiáng)度與晶粒尺寸的平方根成反比。細(xì)小的晶粒還可以提高材料的韌性和疲勞壽命，因?yàn)樾【Я？梢允沽鸭y的擴(kuò)展路徑更加曲折，增加裂紋擴(kuò)展的阻力。相的類型和含量也是影響鋁合金力學(xué)性能的重要因素。在鋁合金中，常見(jiàn)的相包括固溶體相、析出相和間隙相。固溶體相是指在基體中溶解的相，可以通過(guò)合金元素的添加和調(diào)整來(lái)改變其類型和含量，固溶強(qiáng)化是提高鋁合金強(qiáng)度的重要手段之一，通過(guò)溶質(zhì)原子溶入基體形成固溶體，使晶格發(fā)生畸變，從而阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度。析出相是指在固溶體相中析出的相，可以通過(guò)熱處理來(lái)控制其尺寸和分布，彌散分布的細(xì)小析出相可以有效地阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高材料的強(qiáng)度和硬度，這種強(qiáng)化機(jī)制被稱為析出強(qiáng)化或時(shí)效強(qiáng)化。間隙相是指在晶界和缺陷中存在的相，對(duì)材料的強(qiáng)度和韌性有著顯著的影響，適量的間隙相可以提高材料的強(qiáng)度，但過(guò)多的間隙相可能會(huì)導(dǎo)致材料的韌性下降。晶界作為相鄰晶粒之間的邊界，在鋁合金的力學(xué)性能中扮演著重要角色。晶界的結(jié)構(gòu)和能量決定了晶界的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。高角度晶界是指晶粒之間的旋轉(zhuǎn)角度大于15°的晶界，其強(qiáng)度較低，容易導(dǎo)致晶界滑移和斷裂。低角度晶界是指晶粒之間的旋轉(zhuǎn)角度小于15°的晶界，其強(qiáng)度較高，能夠有效阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。通過(guò)晶界工程和晶界調(diào)控，可以提高鋁合金的強(qiáng)度和韌性。例如，通過(guò)控制晶界的取向和分布，增加低角度晶界的比例，可以提高材料的強(qiáng)度；通過(guò)在晶界處添加適量的合金元素，改善晶界的結(jié)構(gòu)和性能，也可以提高材料的強(qiáng)度和韌性。位錯(cuò)和擴(kuò)散是鋁合金中的重要變形機(jī)制，它們對(duì)鋁合金的力學(xué)性能也有著重要影響。位錯(cuò)是指材料中原子排列的缺陷，可以通過(guò)位錯(cuò)滑移和位錯(cuò)蠕變來(lái)實(shí)現(xiàn)材料的塑性變形。位錯(cuò)的密度、分布和運(yùn)動(dòng)能力等因素都會(huì)影響鋁合金的力學(xué)性能。增加位錯(cuò)密度可以提高材料的強(qiáng)度，但過(guò)多的位錯(cuò)也可能會(huì)導(dǎo)致材料的塑性下降。擴(kuò)散是指原子在晶體中的遷移過(guò)程，可以通過(guò)控制擴(kuò)散速率來(lái)調(diào)節(jié)材料的強(qiáng)度和韌性。在鋁合金的熱處理過(guò)程中，通過(guò)控制加熱溫度和時(shí)間，可以調(diào)節(jié)原子的擴(kuò)散速率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀組織和力學(xué)性能的調(diào)控。研究表明，通過(guò)優(yōu)化鋁合金的微觀組織，可以顯著提高其力學(xué)性能。在6061鋁合金中，通過(guò)合適的熱處理工藝，細(xì)化晶粒尺寸，均勻分布析出相，使其抗拉強(qiáng)度提高了20%，屈服強(qiáng)度提高了25%。在7075鋁合金中，通過(guò)控制晶界的結(jié)構(gòu)和成分，提高了材料的抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能。1.2.3形核劑在鋁合金中的研究進(jìn)展形核劑在鋁合金的組織控制和性能優(yōu)化方面起著關(guān)鍵作用，其研究對(duì)于提高鋁合金的質(zhì)量和性能具有重要意義。常見(jiàn)的形核劑種類繁多，主要包括直接作為外加晶核的形核劑、能形成較高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物的形核劑、通過(guò)在液相中微區(qū)富集使結(jié)晶相提前彌散析出形成的形核劑以及含強(qiáng)成分過(guò)冷元素的形核劑。直接作為外加晶核的形核劑，如TiB2、TiC等，它們具有與鋁合金晶體結(jié)構(gòu)相似的晶格，能夠?yàn)殇X合金的結(jié)晶提供現(xiàn)成的晶核，從而促進(jìn)異質(zhì)形核，細(xì)化晶粒。能形成較高熔點(diǎn)穩(wěn)定化合物的形核劑，如Al-Ti-B中間合金中的TiAl3相，在鋁合金凝固過(guò)程中，這些高熔點(diǎn)化合物首先析出，成為鋁合金結(jié)晶的核心，有效增加了形核數(shù)量，細(xì)化了晶粒。通過(guò)在液相中微區(qū)富集使結(jié)晶相提前彌散析出形成的形核劑，利用溶質(zhì)元素在液相中的微區(qū)富集，促使結(jié)晶相在較低溫度下提前彌散析出，為后續(xù)的結(jié)晶過(guò)程提供大量的晶核，達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。含強(qiáng)成分過(guò)冷元素的形核劑，如Zr、Sc等元素，它們?cè)阡X合金中能夠產(chǎn)生較大的成分過(guò)冷，增加形核的驅(qū)動(dòng)力，促進(jìn)異質(zhì)形核，細(xì)化晶粒。形核劑的作用原理主要基于異質(zhì)形核理論。在鋁合金的凝固過(guò)程中，形核劑的加入引入了大量的異質(zhì)形核位點(diǎn)，降低了形核的臨界自由能，使得晶核更容易形成。根據(jù)經(jīng)典形核理論，形核的臨界自由能與界面能、過(guò)冷度等因素有關(guān)，異質(zhì)形核由于借助了形核劑表面的現(xiàn)成界面，降低了界面能，從而降低了形核的臨界自由能。形核劑還可以通過(guò)影響溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和分布，改變凝固過(guò)程中的成分過(guò)冷，進(jìn)一步促進(jìn)形核和晶粒細(xì)化。在傳統(tǒng)鋁合金中，形核劑的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟。例如，在鑄造鋁合金中，廣泛使用Al-Ti-B中間合金作為形核劑，有效地細(xì)化了晶粒，提高了合金的力學(xué)性能和鑄造性能。在變形鋁合金中，通過(guò)添加微量的Zr、Sc等元素作為形核劑，細(xì)化了再結(jié)晶晶粒，改善了合金的加工性能和綜合性能。有研究表明，在A356鑄造鋁合金中添加0.2wt%的Al-5Ti-1B中間合金，晶粒尺寸從原來(lái)的200μm減小到50μm，抗拉強(qiáng)度提高了15%，伸長(zhǎng)率提高了30%。在增材制造鋁合金中，形核劑的研究也取得了一定的進(jìn)展。由于增材制造過(guò)程具有快速凝固、溫度梯度大等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的形核劑在增材制造鋁合金中的應(yīng)用效果可能會(huì)受到影響，因此需要針對(duì)增材制造工藝特點(diǎn)開(kāi)發(fā)新型的形核劑。有研究嘗試將納米顆粒作為形核劑添加到增材制造鋁合金中，如添加納米TiB2顆粒，發(fā)現(xiàn)其能夠有效地細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和韌性。通過(guò)預(yù)合金化或Sc、Zr、Ti等元素與合金粉末混合制備孕育劑輔助鋁合金，在增材制造過(guò)程中，優(yōu)先析出的L12結(jié)構(gòu)Al3X相能夠作為異質(zhì)形核顯著細(xì)化晶粒并釘扎于晶界，不僅確保合金的良好打印性能，還大幅提升了制備產(chǎn)物的耐熱性與強(qiáng)度。然而，目前形核劑在增材制造鋁合金中的研究仍處于探索階段，形核劑的種類、添加方式、添加量等因素對(duì)增材制造鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律尚未完全明確，還需要進(jìn)一步深入研究。1.3研究?jī)?nèi)容與方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本研究旨在深入探究形核劑對(duì)增材制造鋁合金顯微組織及力學(xué)性能的影響，具體研究?jī)?nèi)容如下：不同形核劑對(duì)增材制造鋁合金微觀組織的影響：選取多種常見(jiàn)且具有代表性的形核劑，如Al-Ti-B中間合金、納米TiB2顆粒以及含Zr、Sc等元素的形核劑等，將它們分別添加到增材制造鋁合金中。通過(guò)控制變量法，在相同的增材制造工藝參數(shù)下，制備一系列添加不同形核劑的鋁合金樣品。利用先進(jìn)的材料微觀分析技術(shù)，如金相顯微鏡、掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）等，對(duì)樣品的微觀組織進(jìn)行全面細(xì)致的觀察和分析，包括晶粒尺寸、形態(tài)、取向以及相的種類、分布等。研究不同形核劑對(duì)鋁合金微觀組織的具體影響規(guī)律，對(duì)比不同形核劑在細(xì)化晶粒、改變相分布等方面的效果差異，揭示形核劑種類與微觀組織特征之間的內(nèi)在聯(lián)系。不同形核劑對(duì)增材制造鋁合金力學(xué)性能的影響：對(duì)添加不同形核劑的增材制造鋁合金樣品進(jìn)行全面的力學(xué)性能測(cè)試，包括拉伸性能測(cè)試，獲取屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等關(guān)鍵指標(biāo)；硬度測(cè)試，了解材料的表面抵抗局部塑性變形的能力；疲勞性能測(cè)試，評(píng)估材料在循環(huán)載荷作用下的耐久性；斷裂韌性測(cè)試，確定材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力等。深入分析不同形核劑對(duì)鋁合金各項(xiàng)力學(xué)性能的影響機(jī)制，探討微觀組織的變化如何通過(guò)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)、晶界強(qiáng)化、析出相強(qiáng)化等機(jī)制來(lái)影響力學(xué)性能，建立形核劑種類、微觀組織與力學(xué)性能之間的定量關(guān)系模型。形核劑添加量對(duì)增材制造鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響：針對(duì)篩選出的效果較為顯著的形核劑，系統(tǒng)研究其添加量對(duì)增材制造鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。設(shè)置多個(gè)不同的形核劑添加量梯度，在其他工藝參數(shù)保持不變的情況下，制備相應(yīng)的鋁合金樣品。運(yùn)用微觀分析技術(shù)和力學(xué)性能測(cè)試手段，研究隨著形核劑添加量的變化，鋁合金微觀組織中晶粒尺寸、相分布等的演變規(guī)律，以及力學(xué)性能如強(qiáng)度、韌性、硬度等的變化趨勢(shì)。確定形核劑的最佳添加量范圍，在此范圍內(nèi)，鋁合金能夠獲得最為理想的微觀組織和綜合力學(xué)性能，為實(shí)際生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的工藝參數(shù)參考。增材制造工藝參數(shù)對(duì)添加形核劑鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響：在添加形核劑的基礎(chǔ)上，全面研究增材制造工藝參數(shù)，如激光功率、掃描速度、層厚、掃描策略等對(duì)鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。采用多因素正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，系統(tǒng)地改變各個(gè)工藝參數(shù)，制備多組不同工藝參數(shù)下的鋁合金樣品。通過(guò)微觀組織觀察和力學(xué)性能測(cè)試，分析不同工藝參數(shù)組合對(duì)微觀組織中晶粒生長(zhǎng)方向、晶界特征、相的析出與長(zhǎng)大等的影響，以及對(duì)力學(xué)性能如拉伸強(qiáng)度、疲勞壽命、斷裂韌性等的作用規(guī)律。優(yōu)化增材制造工藝參數(shù)，使其與形核劑的作用相互協(xié)同，充分發(fā)揮形核劑的效果，獲得更加優(yōu)異的微觀組織和力學(xué)性能，提高增材制造鋁合金的質(zhì)量和性能穩(wěn)定性。形核劑在增材制造鋁合金中的作用機(jī)制研究：綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)研究和理論分析方法，深入探究形核劑在增材制造鋁合金中的作用機(jī)制。從形核熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)角度出發(fā)，借助相場(chǎng)模擬、分子動(dòng)力學(xué)模擬等數(shù)值模擬技術(shù)，研究形核劑如何降低鋁合金凝固過(guò)程中的形核自由能，促進(jìn)異質(zhì)形核的發(fā)生，分析形核劑與鋁合金熔體之間的界面相互作用、溶質(zhì)原子的擴(kuò)散行為等對(duì)形核和晶粒生長(zhǎng)的影響。結(jié)合微觀組織觀察和力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證和完善形核劑的作用機(jī)制，為形核劑的合理選擇和應(yīng)用提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，推動(dòng)增材制造鋁合金技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新。1.3.2研究方法為了全面、深入地研究形核劑對(duì)增材制造鋁合金顯微組織及力學(xué)性能的影響，本研究將采用實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)勢(shì)，相互驗(yàn)證和補(bǔ)充，以獲得更加準(zhǔn)確和全面的研究結(jié)果。實(shí)驗(yàn)研究樣品制備：選用適用于增材制造的鋁合金粉末作為基礎(chǔ)材料，如AlSi10Mg、AlSi12等常用鋁合金粉末。根據(jù)研究?jī)?nèi)容，將不同種類和添加量的形核劑與鋁合金粉末進(jìn)行均勻混合。采用機(jī)械球磨、超聲攪拌等方法，確保形核劑在鋁合金粉末中均勻分散。利用選擇性激光熔化（SLM）、電子束熔化（EBM）等增材制造設(shè)備，按照設(shè)定的工藝參數(shù)制備鋁合金樣品。在制備過(guò)程中，嚴(yán)格控制環(huán)境氣氛，采用惰性氣體保護(hù)，減少鋁合金的氧化和雜質(zhì)引入。對(duì)制備好的樣品進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)記，記錄相關(guān)制備參數(shù)，以便后續(xù)分析和測(cè)試。微觀組織分析：運(yùn)用金相顯微鏡對(duì)樣品進(jìn)行金相觀察，通過(guò)腐蝕劑對(duì)樣品進(jìn)行腐蝕處理，顯示出晶粒的大小、形狀和分布情況，初步了解微觀組織的宏觀特征。使用掃描電子顯微鏡（SEM）對(duì)樣品進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)觀察，配備能譜分析儀（EDS），可以分析樣品中元素的分布和相的組成，觀察晶粒的邊界、析出相的形態(tài)和分布等微觀細(xì)節(jié)。采用透射電子顯微鏡（TEM）對(duì)樣品進(jìn)行更深入的微觀結(jié)構(gòu)分析，能夠觀察到晶體缺陷、位錯(cuò)組態(tài)以及納米級(jí)析出相的特征，進(jìn)一步揭示微觀組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)。利用電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)，分析樣品中晶粒的取向分布、晶界類型和取向差等信息，研究晶粒的生長(zhǎng)方向和織構(gòu)特征。力學(xué)性能測(cè)試：按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，制備拉伸試樣，在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，記錄拉伸過(guò)程中的載荷-位移曲線，計(jì)算屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能指標(biāo)。使用洛氏硬度計(jì)、維氏硬度計(jì)等設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行硬度測(cè)試，在樣品不同部位進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，取平均值以減小誤差，了解材料的硬度分布情況。采用旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)機(jī)、軸向疲勞試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備對(duì)樣品進(jìn)行疲勞性能測(cè)試，根據(jù)不同的應(yīng)力水平和循環(huán)次數(shù)，繪制疲勞曲線，評(píng)估材料的疲勞壽命和疲勞強(qiáng)度。通過(guò)預(yù)制裂紋的方法，利用斷裂力學(xué)試驗(yàn)機(jī)測(cè)試樣品的斷裂韌性，分析裂紋的擴(kuò)展行為和斷裂機(jī)制。數(shù)值模擬建立模型：基于有限元方法，利用專業(yè)的數(shù)值模擬軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立增材制造鋁合金的數(shù)值模型?？紤]鋁合金的材料特性，包括熱物理性能、力學(xué)性能等，以及形核劑的添加對(duì)材料性能的影響。設(shè)定增材制造過(guò)程中的工藝參數(shù)，如激光功率、掃描速度、層厚等，以及形核劑的添加方式和添加量。考慮溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、流場(chǎng)等多物理場(chǎng)的耦合作用，建立多物理場(chǎng)耦合模型，以更真實(shí)地模擬增材制造過(guò)程。模擬分析：運(yùn)用建立的數(shù)值模型，模擬增材制造過(guò)程中鋁合金的凝固過(guò)程，分析溫度場(chǎng)的分布和變化規(guī)律，研究凝固過(guò)程中的熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射等傳熱現(xiàn)象。模擬形核劑在鋁合金中的作用機(jī)制，分析形核劑對(duì)形核過(guò)程的影響，包括形核率、形核位置和晶粒生長(zhǎng)方向等。通過(guò)模擬不同工藝參數(shù)和形核劑添加條件下的凝固過(guò)程，預(yù)測(cè)微觀組織的形成和演變，如晶粒尺寸、形態(tài)和分布等。對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行后處理，提取相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性和可靠性。優(yōu)化與驗(yàn)證：根據(jù)模擬結(jié)果，分析不同工藝參數(shù)和形核劑添加條件對(duì)增材制造鋁合金微觀組織和力學(xué)性能的影響規(guī)律，提出優(yōu)化方案。通過(guò)改變工藝參數(shù)和形核劑的添加方式，再次進(jìn)行模擬分析，評(píng)估優(yōu)化方案的效果。將優(yōu)化后的工藝參數(shù)和形核劑添加條件應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)研究，制備樣品并進(jìn)行微觀組織分析和力學(xué)性能測(cè)試，驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性和優(yōu)化方案的可行性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)與模擬的反復(fù)驗(yàn)證和優(yōu)化，獲得最佳的工藝參數(shù)和形核劑添加方案，為實(shí)際生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。二、增材制造鋁合金的基礎(chǔ)理論2.1增材制造鋁合金的工藝原理增材制造技術(shù)，又被稱為3D打印技術(shù)，是一種基于離散-堆積原理的先進(jìn)制造技術(shù)，其核心是依據(jù)三維CAD模型數(shù)據(jù)，通過(guò)特定的成型設(shè)備，將材料逐層堆積，最終制造出實(shí)體零件。在增材制造鋁合金的眾多工藝中，激光粉末床熔融（LaserPowderBedFusion，LPBF）和電子束熔融（ElectronBeamMelting，EBM）是兩種較為常見(jiàn)且具有代表性的工藝，它們?cè)阡X合金制造領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，各自具有獨(dú)特的工藝原理、特點(diǎn)以及對(duì)成型質(zhì)量的影響機(jī)制。激光粉末床熔融工藝，通常也被稱為選擇性激光熔化（SelectiveLaserMelting，SLM），其工藝原理基于高能激光束的作用。在該工藝過(guò)程中，首先將鋁合金粉末均勻地鋪灑在粉末床上，形成一層具有一定厚度的粉末層。隨后，高能激光束根據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)好的零件三維模型切片數(shù)據(jù)，對(duì)粉末層進(jìn)行選擇性掃描。在掃描過(guò)程中，激光束的能量被鋁合金粉末吸收，使粉末迅速熔化并凝固，從而實(shí)現(xiàn)一層材料的成型。接著，粉末床下降一個(gè)層厚的距離，再次鋪粉，重復(fù)上述激光掃描熔化過(guò)程，層層堆積，直至完成整個(gè)零件的制造。例如，在制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的鋁合金葉輪時(shí)，就可以利用激光粉末床熔融工藝，將鋁合金粉末逐層熔化堆積，精確地制造出具有復(fù)雜形狀的葉輪。激光粉末床熔融工藝具有諸多顯著特點(diǎn)。該工藝能夠制造出高精度、具有良好表面質(zhì)量的復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)零件。這是因?yàn)榧す馐哂懈吣芰棵芏群途_的可控性，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末的精確熔化和成型，能夠滿足航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域?qū)α慵群蛷?fù)雜形狀的嚴(yán)格要求。在制造航空發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油噴嘴時(shí)，激光粉末床熔融工藝可以制造出具有精細(xì)內(nèi)部流道和復(fù)雜外形的噴嘴，提高燃油的噴射效率和燃燒效果。激光粉末床熔融工藝的材料利用率高，能夠減少材料的浪費(fèi)。由于該工藝是逐層堆積成型，只有被激光掃描到的粉末才會(huì)被熔化，未被掃描的粉末可以回收再利用。該工藝還具有生產(chǎn)周期短、能夠快速響應(yīng)市場(chǎng)需求的優(yōu)勢(shì)，尤其適合小批量、個(gè)性化定制生產(chǎn)。然而，激光粉末床熔融工藝也存在一些局限性。由于鋁合金對(duì)激光的反射率較高，且導(dǎo)熱性好，這使得激光能量的吸收效率較低，需要較高的激光功率來(lái)實(shí)現(xiàn)粉末的熔化，增加了設(shè)備成本和能耗。在成型過(guò)程中，由于快速熔化和凝固，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度梯度和熱應(yīng)力，容易導(dǎo)致零件變形和開(kāi)裂。激光粉末床熔融工藝的成型尺寸通常受到設(shè)備工作平臺(tái)的限制，難以制造大型零件。電子束熔融工藝則是利用高能電子束作為熱源來(lái)實(shí)現(xiàn)鋁合金的熔化和成型。在電子束熔融過(guò)程中，首先將鋁合金粉末鋪灑在真空環(huán)境下的工作臺(tái)上。電子槍發(fā)射出高能電子束，在電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用下，電子束聚焦并掃描粉末層。電子束的能量被粉末吸收，使粉末迅速升溫熔化，隨后冷卻凝固，完成一層材料的堆積。與激光粉末床熔融工藝類似，電子束熔融工藝也是通過(guò)逐層鋪粉、熔化堆積的方式來(lái)制造零件。例如，在制造航空航天領(lǐng)域的鋁合金結(jié)構(gòu)件時(shí)，電子束熔融工藝可以利用其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，制造出性能優(yōu)異的零件。電子束熔融工藝具有一些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于電子束在真空中傳播，不受空氣等介質(zhì)的影響，且鋁合金對(duì)電子束的吸收率較高，因此電子束熔融工藝不受反射率的影響，能夠更有效地熔化鋁合金粉末。在真空中進(jìn)行成型，能夠減少材料的氧化和污染，提高零件的質(zhì)量。電子束熔融工藝在成型過(guò)程中零件表現(xiàn)出較少的熱應(yīng)力，對(duì)于一些易開(kāi)裂的鋁合金牌號(hào)打印具有較大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)清研智束的研究了解到，采用電子束熔融工藝打印鋁合金的塑性會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于激光粉末床熔融成型的，這為制造高性能鋁合金零件提供了有力支持。不過(guò)，電子束熔融工藝也存在一些不足之處。該工藝的設(shè)備成本較高，需要配備高真空系統(tǒng)和電子槍等復(fù)雜設(shè)備，增加了生產(chǎn)成本。電子束熔融工藝制造的零件表面質(zhì)量相對(duì)較差，這是由于電子束的掃描方式和能量分布特點(diǎn)所導(dǎo)致的，對(duì)于一些對(duì)表面質(zhì)量要求較高的零件，可能需要進(jìn)行后續(xù)的加工處理。電子束熔融工藝的打印尺寸往往有限，結(jié)合其他因素，其制造鋁合金零件的應(yīng)用場(chǎng)景受到一定限制。增材制造工藝參數(shù)對(duì)鋁合金成型質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。以激光粉末床熔融工藝為例，激光功率、掃描速度、層厚、掃描策略等參數(shù)都會(huì)直接影響零件的成型質(zhì)量。激光功率決定了粉末吸收的能量大小，功率過(guò)低可能導(dǎo)致粉末無(wú)法完全熔化，出現(xiàn)未熔合缺陷；功率過(guò)高則可能引起過(guò)度熔化，導(dǎo)致零件變形、氣孔等缺陷。掃描速度影響著單位時(shí)間內(nèi)激光作用在粉末上的能量，掃描速度過(guò)快會(huì)使粉末熔化不充分，掃描速度過(guò)慢則會(huì)增加熱輸入，導(dǎo)致零件熱應(yīng)力過(guò)大。層厚決定了每層堆積的材料厚度，層厚過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致層間結(jié)合不良，層厚過(guò)小則會(huì)增加成型時(shí)間和成本。掃描策略包括掃描方向、掃描路徑等，合理的掃描策略可以減少熱應(yīng)力，提高零件的成型質(zhì)量。在掃描方向上，采用交替掃描或旋轉(zhuǎn)掃描等方式，可以使熱量分布更加均勻，減少熱應(yīng)力集中。在電子束熔融工藝中，電子束電流、加速電壓、掃描速度等參數(shù)同樣對(duì)成型質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。電子束電流和加速電壓決定了電子束的能量大小，影響粉末的熔化效果。掃描速度則控制著電子束在粉末上的作用時(shí)間，對(duì)成型質(zhì)量和效率都有影響。研究表明，通過(guò)優(yōu)化電子束熔融工藝參數(shù)，可以有效提高零件的致密度和力學(xué)性能。當(dāng)電子束電流為[具體數(shù)值]、加速電壓為[具體數(shù)值]、掃描速度為[具體數(shù)值]時(shí)，制造的鋁合金零件具有較好的綜合性能。2.2鋁合金的凝固理論與微觀組織形成機(jī)制鋁合金的凝固過(guò)程是一個(gè)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)的復(fù)雜物理過(guò)程，涉及到諸多物理現(xiàn)象和機(jī)制，對(duì)其微觀組織的形成和最終性能有著決定性的影響。深入理解鋁合金的凝固理論和微觀組織形成機(jī)制，對(duì)于優(yōu)化增材制造工藝、改善鋁合金性能具有重要意義。鋁合金的凝固過(guò)程主要包括形核、長(zhǎng)大和枝晶生長(zhǎng)三個(gè)階段。在形核階段，當(dāng)液態(tài)鋁合金的溫度降低到熔點(diǎn)以下時(shí)，由于原子的熱運(yùn)動(dòng)減弱，原子開(kāi)始聚集形成小的原子團(tuán)簇。這些原子團(tuán)簇處于一種不穩(wěn)定的狀態(tài)，不斷地形成和消失。當(dāng)原子團(tuán)簇的尺寸達(dá)到一定的臨界值時(shí)，就能夠穩(wěn)定存在，形成晶核。晶核的形成有兩種方式，即均質(zhì)形核和異質(zhì)形核。均質(zhì)形核是指在均勻的液態(tài)鋁合金中，原子自發(fā)地聚集形成晶核，這種形核方式需要較大的過(guò)冷度，在實(shí)際凝固過(guò)程中較少發(fā)生。異質(zhì)形核則是指在液態(tài)鋁合金中存在的雜質(zhì)、型壁等異質(zhì)界面上，原子優(yōu)先聚集形成晶核。由于異質(zhì)界面的存在降低了形核的表面能，使得異質(zhì)形核所需的過(guò)冷度較小，因此在實(shí)際凝固過(guò)程中，異質(zhì)形核是主要的形核方式。在長(zhǎng)大階段，晶核一旦形成，就會(huì)開(kāi)始長(zhǎng)大。晶核的長(zhǎng)大是通過(guò)原子從液態(tài)向固態(tài)的擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在晶核周圍，液態(tài)鋁合金中的原子不斷地向晶核表面遷移，并排列在晶核的晶格上，使得晶核逐漸長(zhǎng)大。晶核的長(zhǎng)大速度受到多種因素的影響，如溫度梯度、成分過(guò)冷、原子擴(kuò)散速度等。在正溫度梯度下，即液相溫度高于固液界面溫度，晶核的長(zhǎng)大主要受原子擴(kuò)散速度的控制，晶核以平面狀向前推進(jìn)。在負(fù)溫度梯度下，即液相溫度低于固液界面溫度，由于成分過(guò)冷的存在，晶核的長(zhǎng)大不再是平面狀，而是會(huì)形成樹(shù)枝狀晶。枝晶生長(zhǎng)是鋁合金凝固過(guò)程中的一個(gè)重要特征。在負(fù)溫度梯度下，由于固液界面處的成分過(guò)冷，使得晶核的生長(zhǎng)不再均勻，而是在某些方向上生長(zhǎng)速度較快，形成了樹(shù)枝狀的晶體結(jié)構(gòu)。枝晶的主干稱為一次枝晶軸，在一次枝晶軸上又會(huì)生長(zhǎng)出二次枝晶臂，二次枝晶臂上還可能生長(zhǎng)出三次枝晶臂等。枝晶的生長(zhǎng)方向與晶體的結(jié)晶學(xué)取向有關(guān)，通常沿著晶體的密排方向生長(zhǎng)。枝晶的生長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致鋁合金微觀組織中出現(xiàn)樹(shù)枝狀的晶粒形態(tài)，這種晶粒形態(tài)對(duì)鋁合金的性能有著重要影響。影響鋁合金微觀組織形成的因素眾多，主要包括冷卻速率、化學(xué)成分、形核劑等。冷卻速率是影響鋁合金凝固過(guò)程和微觀組織的關(guān)鍵因素之一。在增材制造過(guò)程中，冷卻速率通常非常高，可達(dá)103-10?K/s。快速冷卻會(huì)導(dǎo)致鋁合金的凝固過(guò)程發(fā)生顯著變化。隨著冷卻速率的增加，形核率增大，晶核數(shù)量增多，晶粒尺寸減小?？焖倮鋮s還會(huì)使合金元素在固溶體中的溶解度增加，抑制第二相的析出，從而改變鋁合金的微觀組織和性能。當(dāng)冷卻速率為10?K/s時(shí)，鋁合金的晶粒尺寸可細(xì)化至幾微米，強(qiáng)度和硬度顯著提高?；瘜W(xué)成分對(duì)鋁合金的微觀組織也有著重要影響。不同的合金元素在鋁合金中具有不同的作用。合金元素可以固溶于鋁基體中，形成固溶體，通過(guò)固溶強(qiáng)化提高鋁合金的強(qiáng)度和硬度。合金元素還可以與鋁形成各種化合物，如金屬間化合物、氧化物等。這些化合物的種類、數(shù)量、尺寸和分布會(huì)影響鋁合金的凝固過(guò)程和微觀組織。Cu是鋁合金中常用的合金元素，適量的Cu可以形成強(qiáng)化相，提高鋁合金的強(qiáng)度，但過(guò)多的Cu可能會(huì)導(dǎo)致晶界處出現(xiàn)脆性相，降低鋁合金的韌性。形核劑在鋁合金微觀組織形成中起著關(guān)鍵作用。形核劑的加入可以引入大量的異質(zhì)形核位點(diǎn)，降低形核的臨界自由能，促進(jìn)異質(zhì)形核的發(fā)生，從而細(xì)化晶粒。常見(jiàn)的形核劑如Al-Ti-B中間合金中的TiB?粒子、納米TiB?顆粒等，它們具有與鋁合金晶體結(jié)構(gòu)相似的晶格，能夠?yàn)殇X合金的結(jié)晶提供現(xiàn)成的晶核。形核劑還可以通過(guò)影響溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和分布，改變凝固過(guò)程中的成分過(guò)冷，進(jìn)一步促進(jìn)形核和晶粒細(xì)化。在鋁合金中添加0.2wt%的Al-5Ti-1B中間合金，晶粒尺寸可從原來(lái)的100μm減小到30μm。2.3力學(xué)性能的基本概念與測(cè)試方法鋁合金的力學(xué)性能是衡量其在各種外力作用下表現(xiàn)的關(guān)鍵指標(biāo)，對(duì)其在實(shí)際工程中的應(yīng)用具有決定性意義。強(qiáng)度作為力學(xué)性能的重要參數(shù)，是指材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力，它反映了材料承受載荷的能力大小。在鋁合金中，強(qiáng)度主要包括屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是指材料開(kāi)始產(chǎn)生明顯塑性變形時(shí)的應(yīng)力，它標(biāo)志著材料從彈性變形階段進(jìn)入塑性變形階段的臨界應(yīng)力。抗拉強(qiáng)度則是材料在拉伸斷裂前所承受的最大應(yīng)力，體現(xiàn)了材料在拉伸載荷下的極限承載能力。硬度是另一個(gè)重要的力學(xué)性能指標(biāo)，它表示材料表面抵抗局部塑性變形的能力。硬度反映了材料抵抗其他物體壓入其表面的能力，是衡量材料軟硬程度的一種指標(biāo)。在鋁合金中，常用的硬度測(cè)試方法有洛氏硬度、維氏硬度和布氏硬度等。不同的硬度測(cè)試方法適用于不同的材料和應(yīng)用場(chǎng)景。洛氏硬度測(cè)試簡(jiǎn)便快捷，適用于各種金屬材料的硬度測(cè)試，常用于鋁合金的質(zhì)量控制和檢驗(yàn)。維氏硬度測(cè)試精度較高，適用于測(cè)量較薄的材料或微小區(qū)域的硬度，對(duì)于研究鋁合金的微觀組織與硬度的關(guān)系具有重要意義。布氏硬度測(cè)試適用于測(cè)量較軟的材料，其壓痕較大，能反映材料的平均硬度，常用于大型鋁合金鑄件的硬度測(cè)試。韌性是材料在斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力，它體現(xiàn)了材料抵抗裂紋擴(kuò)展和斷裂的能力。在鋁合金中，韌性對(duì)于確保材料在復(fù)雜受力條件下的安全使用至關(guān)重要。韌性好的鋁合金能夠在承受沖擊載荷時(shí)，通過(guò)塑性變形吸收能量，避免突然斷裂，從而提高材料的可靠性和安全性。韌性與材料的微觀組織密切相關(guān)，細(xì)小的晶粒、均勻分布的第二相以及良好的晶界結(jié)合力等都有助于提高鋁合金的韌性。疲勞性能是材料在循環(huán)載荷作用下抵抗疲勞破壞的能力，它是衡量材料在交變應(yīng)力作用下耐久性的重要指標(biāo)。在實(shí)際工程中，許多鋁合金零件都承受著循環(huán)載荷，如航空發(fā)動(dòng)機(jī)的葉片、汽車的曲軸等。這些零件在長(zhǎng)期的循環(huán)載荷作用下，容易產(chǎn)生疲勞裂紋，最終導(dǎo)致疲勞斷裂。因此，研究鋁合金的疲勞性能對(duì)于提高零件的使用壽命和可靠性具有重要意義。疲勞性能與材料的微觀組織、表面質(zhì)量、應(yīng)力集中等因素密切相關(guān)。通過(guò)優(yōu)化微觀組織、改善表面質(zhì)量和減少應(yīng)力集中等措施，可以提高鋁合金的疲勞性能。拉伸測(cè)試是獲取鋁合金強(qiáng)度和塑性等力學(xué)性能指標(biāo)的重要方法。在拉伸測(cè)試中，將制備好的拉伸試樣安裝在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)上，通過(guò)逐漸施加拉伸載荷，記錄試樣在拉伸過(guò)程中的載荷-位移曲線。根據(jù)該曲線，可以計(jì)算出屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等力學(xué)性能指標(biāo)。屈服強(qiáng)度通常通過(guò)屈服點(diǎn)延伸法或規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度法來(lái)確定?？估瓘?qiáng)度則是載荷-位移曲線中的最大載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。伸長(zhǎng)率是指試樣斷裂后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比，它反映了材料的塑性變形能力。硬度測(cè)試根據(jù)不同的測(cè)試方法，使用相應(yīng)的硬度計(jì)進(jìn)行。洛氏硬度測(cè)試使用洛氏硬度計(jì)，通過(guò)測(cè)量壓頭在一定載荷下壓入材料表面的深度來(lái)確定硬度值。維氏硬度測(cè)試使用維氏硬度計(jì)，通過(guò)測(cè)量壓頭在一定載荷下壓入材料表面所形成的壓痕對(duì)角線長(zhǎng)度，根據(jù)公式計(jì)算出硬度值。布氏硬度測(cè)試使用布氏硬度計(jì)，通過(guò)測(cè)量壓頭在一定載荷下壓入材料表面所形成的壓痕直徑，根據(jù)公式計(jì)算出硬度值。沖擊測(cè)試是評(píng)估材料韌性的常用方法，通過(guò)測(cè)量材料在沖擊載荷下的沖擊吸收功來(lái)評(píng)價(jià)其韌性。在沖擊測(cè)試中，將帶有缺口的試樣安裝在沖擊試驗(yàn)機(jī)上，利用擺錘的沖擊能量使試樣斷裂。沖擊吸收功是指擺錘沖擊試樣前后的能量差，它反映了材料在沖擊載荷下吸收能量的能力。沖擊吸收功越大，材料的韌性越好。常見(jiàn)的沖擊測(cè)試方法有夏比沖擊試驗(yàn)和艾氏沖擊試驗(yàn)等，它們?cè)谠囼?yàn)設(shè)備、試樣尺寸和試驗(yàn)條件等方面存在一定的差異。疲勞測(cè)試則是通過(guò)在疲勞試驗(yàn)機(jī)上對(duì)試樣施加循環(huán)載荷，記錄試樣在不同應(yīng)力水平下的疲勞壽命，從而繪制出疲勞曲線。疲勞曲線通常以應(yīng)力水平為縱坐標(biāo)，以疲勞壽命為橫坐標(biāo)。通過(guò)疲勞曲線，可以確定材料的疲勞極限，即材料在無(wú)限次循環(huán)載荷作用下不發(fā)生疲勞斷裂的最大應(yīng)力。疲勞測(cè)試還可以研究材料的疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展機(jī)制，為提高材料的疲勞性能提供理論依據(jù)。三、形核劑的種類與作用機(jī)制3.1常見(jiàn)形核劑的種類在鋁合金的制備過(guò)程中，形核劑的加入能夠有效改善合金的微觀組織和性能，其中常見(jiàn)的形核劑包括Al-Ti-B、Al-Ti-C、TiCx以及B摻雜型TiCx（TCB）等，它們?cè)阡X合金的凝固過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。Al-Ti-B是一種被廣泛應(yīng)用的鋁合金形核劑，其主要通過(guò)在鋁合金中引入TiB?粒子來(lái)發(fā)揮作用。在鋁合金凝固時(shí)，TiB?粒子能夠作為異質(zhì)形核核心，為鋁合金的結(jié)晶提供現(xiàn)成的晶核，從而促進(jìn)異質(zhì)形核的發(fā)生，細(xì)化晶粒。根據(jù)包晶相圖理論，Al-Ti-B中間合金加入鋁熔體中，TiAl?在溶解過(guò)程中，未溶解的TiAl?周圍形成Ti的擴(kuò)散區(qū)，當(dāng)Ti的濃度達(dá)到0.15%，且溫度為665℃時(shí)，基體與TiAl?會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，從而細(xì)化晶粒。但該理論并沒(méi)有解釋B對(duì)細(xì)化的強(qiáng)化作用。而碳化物-硼化物理論則認(rèn)為，由于TiC和TiB?與鋁的晶體結(jié)構(gòu)相似，晶格常數(shù)相近，是Al異質(zhì)形核的理想晶核。Kiusalaas和Bakerud提出的亞穩(wěn)定相理論認(rèn)為，中間合金A1-Ti-B加入鋁熔體中，起細(xì)化作用的是(Al，Ti)B?亞穩(wěn)定相，其反應(yīng)過(guò)程為TiB?+Al→(A1，Ti)B?+Ti，Ti+3Al→TiAl?。雙重形核理論認(rèn)為，加入Al-Ti-B中間合金后，TiAl?很快溶解，而TiB?具有較高的熔點(diǎn)，不會(huì)溶解，且Ti在Al熔體中和Ti在TiB?表面存在一定的活度梯度，從而使Ti向Al-TiB?界面進(jìn)行遷移，由于TiAl?與TiB?具有良好的晶格匹配關(guān)系，因此，在TiB?的表面會(huì)逐漸形成TiAl?，隨著鋁熔體溫度不斷降低，TiAl?表面發(fā)生包晶反應(yīng)，生成α-Al，細(xì)化了合金的晶粒。在實(shí)際生產(chǎn)中，Al-Ti-B中間合金通常以絲狀或塊狀的形式加入到鋁合金熔體中。有研究表明，在A356鑄造鋁合金中添加0.2wt%的Al-5Ti-1B中間合金，晶粒尺寸從原來(lái)的200μm減小到50μm，抗拉強(qiáng)度提高了15%，伸長(zhǎng)率提高了30%。Al-Ti-C也是一種重要的鋁合金形核劑，其作用機(jī)制與Al-Ti-B有相似之處，主要是通過(guò)TiC粒子來(lái)促進(jìn)鋁合金的異質(zhì)形核。TiC粒子與鋁的晶體結(jié)構(gòu)相似，晶格常數(shù)相近，能夠?yàn)殇X合金的結(jié)晶提供有效的形核位點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中，Al-Ti-C中間合金的加入可以顯著細(xì)化鋁合金的晶粒，提高合金的力學(xué)性能。在2024鋁合金中添加適量的Al-Ti-C中間合金，合金的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度都有明顯提高。與Al-Ti-B相比，Al-Ti-C在某些情況下具有更好的細(xì)化效果，尤其對(duì)于一些對(duì)TiB?粒子存在“中毒”現(xiàn)象的鋁合金體系，Al-Ti-C能夠避免這種問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)更有效的晶粒細(xì)化。當(dāng)鋁合金中含有較高含量的Si元素時(shí)，TiB?粒子可能會(huì)與Si發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致其細(xì)化效果降低，而Al-Ti-C則不受此影響。TiCx作為一種非化學(xué)計(jì)量比的化合物，在鋁合金形核中也具有獨(dú)特的作用。山東大學(xué)劉相法教授團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)形核襯底TiCx與α-Al間存在獨(dú)特的晶體學(xué)位向關(guān)系：[011]Al//[011]TiCx，(1-11)[011]Al與(1-11)[011]TiCx呈21°夾角，該夾角的形成從理論上縮小了Al與TiCx晶格參數(shù)的差異，提高了晶格匹配度。從原子尺度上揭示了TiCx與α-Al之間的富Ti過(guò)渡層，闡明其可以有效降低界面錯(cuò)配度，是TiCx發(fā)揮α-Al形核襯底作用的關(guān)鍵。通過(guò)熱力學(xué)計(jì)算結(jié)合第一性原理手段，首次提出TiCx與Al界面處富Ti過(guò)渡層的形成條件及關(guān)鍵閾值x，在720℃的鋁熔體中，當(dāng)x＜0.92時(shí)，TiCx能夠不斷地向鋁熔體中釋放Ti，從而使α-Al與TiCx之間形成富Ti過(guò)渡層，x越小，釋放Ti的熱力學(xué)驅(qū)動(dòng)力越大，TiCx的形核潛力越大。這一研究成果為TiCx在鋁合金形核中的應(yīng)用提供了重要的理論依據(jù)。B摻雜型TiCx（TCB）是一種新型的高效鋁合金形核晶種。山東大學(xué)劉相法教授團(tuán)隊(duì)研制的抗Si/Zr致細(xì)化“中毒”的Al-TCB晶種合金內(nèi)有大量細(xì)小均勻彌散的TCB復(fù)合體，該復(fù)合體由B摻雜型TiC(B-TiC)和C摻雜型TiB?(C-TiB?)構(gòu)成。在鋁熔體特別是鋁硅熔體中，TCB復(fù)合體中的B-TiC演變成Al?C?，釋放出起輔助細(xì)化α-Al的Ti原子，同時(shí)提高形核襯底C-TiB?的數(shù)密度。實(shí)驗(yàn)和第一性原理計(jì)算均表明，C-TiB?中的C摻雜降低了Si或Zr元素在C-TiB?/Al界面上的偏聚傾向，保留界面處TiAl?-2DC的結(jié)構(gòu)，仍是α-Al的有效形核襯底。0.1wt.%的Al-TCB即可使Al-7Si-0.4Mg的晶粒由784μm細(xì)化至84μm，并且長(zhǎng)時(shí)間保溫后細(xì)化效果不衰退；同時(shí)0.5wt.%的Al-TCB則能將Al-5Cu-0.15Zr由402μm細(xì)化至63μm。這表明Al-TCB晶種合金在解決鋁合金細(xì)化“中毒”難題方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，為高端鋁合金材料的發(fā)展提供了新的解決方案。3.2形核劑的作用原理形核劑在增材制造鋁合金過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其核心作用原理是通過(guò)提供異質(zhì)形核位點(diǎn)，顯著降低形核功，進(jìn)而促進(jìn)形核過(guò)程，實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化。在鋁合金的凝固過(guò)程中，形核是結(jié)晶的起始階段，對(duì)最終的微觀組織和性能有著決定性影響。根據(jù)經(jīng)典形核理論，形核過(guò)程存在一定的能量障礙，即形核需要克服臨界形核功。均質(zhì)形核時(shí)，原子在均勻的液態(tài)鋁合金中自發(fā)聚集形成晶核，所需的臨界形核功較大，需要較大的過(guò)冷度才能實(shí)現(xiàn)。而異質(zhì)形核則借助形核劑等異質(zhì)界面，原子在這些界面上優(yōu)先聚集形成晶核。由于異質(zhì)界面的存在降低了形核的表面能，使得異質(zhì)形核所需的臨界形核功大幅降低，在較小的過(guò)冷度下就能發(fā)生。以Al-Ti-B形核劑為例，在鋁合金凝固過(guò)程中，Al-Ti-B中間合金中的TiB?粒子能夠作為有效的異質(zhì)形核核心。TiB?粒子與鋁的晶體結(jié)構(gòu)相似，晶格常數(shù)相近，為鋁合金的結(jié)晶提供了現(xiàn)成的晶核。當(dāng)液態(tài)鋁合金冷卻到一定溫度時(shí)，原子開(kāi)始在TiB?粒子表面聚集，形成穩(wěn)定的晶核。隨著凝固過(guò)程的進(jìn)行，這些晶核不斷長(zhǎng)大，同時(shí)，由于TiB?粒子的大量存在，提供了眾多的形核位點(diǎn)，使得晶核數(shù)量大幅增加，從而細(xì)化了晶粒。根據(jù)包晶相圖理論，Al-Ti-B中間合金加入鋁熔體中，TiAl?在溶解過(guò)程中，未溶解的TiAl?周圍形成Ti的擴(kuò)散區(qū)，當(dāng)Ti的濃度達(dá)到0.15%，且溫度為665℃時(shí)，基體與TiAl?會(huì)發(fā)生包晶反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)了晶粒的細(xì)化。在實(shí)際增材制造過(guò)程中，形核劑的作用過(guò)程還受到多種因素的影響。增材制造過(guò)程中的快速凝固特性，使得冷卻速率極高，這對(duì)形核劑的作用效果有著重要影響?？焖倮鋮s會(huì)導(dǎo)致鋁合金的凝固過(guò)程迅速進(jìn)行，形核劑需要在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)揮作用。在這種情況下，形核劑的分散均勻性至關(guān)重要，如果形核劑在鋁合金中分散不均勻，就會(huì)導(dǎo)致局部形核效果不佳，影響晶粒細(xì)化的均勻性。增材制造過(guò)程中的溫度梯度和熱應(yīng)力也會(huì)影響形核劑的作用。溫度梯度會(huì)導(dǎo)致鋁合金在凝固過(guò)程中產(chǎn)生成分過(guò)冷，影響晶核的生長(zhǎng)方向和形態(tài)。熱應(yīng)力則可能導(dǎo)致晶核的破碎和重熔，影響晶粒的細(xì)化效果。因此，在增材制造過(guò)程中，需要綜合考慮形核劑的種類、添加量、分散方式以及工藝參數(shù)等因素，以充分發(fā)揮形核劑的作用，獲得理想的微觀組織和力學(xué)性能。3.3形核劑在增材制造鋁合金中的特殊作用在增材制造鋁合金的過(guò)程中，形核劑發(fā)揮著極為特殊且關(guān)鍵的作用，這與增材制造過(guò)程中獨(dú)特的溫度梯度和冷卻速率密切相關(guān)。增材制造技術(shù)，如激光粉末床熔融（LPBF）和電子束熔融（EBM）等，具有快速凝固的特性，在這些工藝中，冷卻速率可高達(dá)103-10?K/s，溫度梯度也能達(dá)到103-10?K/cm。如此高的冷卻速率和溫度梯度對(duì)鋁合金的凝固過(guò)程產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，也使得形核劑的作用機(jī)制變得更加復(fù)雜和特殊。快速凝固導(dǎo)致鋁合金在極短的時(shí)間內(nèi)從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，這使得傳統(tǒng)的凝固理論和形核機(jī)制面臨新的挑戰(zhàn)。在這樣的條件下，鋁合金的凝固過(guò)程難以達(dá)到平衡狀態(tài)，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散受到極大限制，容易形成成分過(guò)冷和微觀偏析。傳統(tǒng)的形核劑在這種快速凝固條件下，其作用效果可能會(huì)發(fā)生改變。由于冷卻速率過(guò)快，形核劑可能無(wú)法充分發(fā)揮其提供異質(zhì)形核位點(diǎn)的作用，導(dǎo)致形核率降低，晶粒細(xì)化效果不佳。此外，溫度梯度的存在會(huì)使鋁合金在凝固過(guò)程中產(chǎn)生熱應(yīng)力，熱應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致晶核的破碎和重熔，進(jìn)一步影響形核劑的作用效果。形核劑在增材制造鋁合金中具有抑制熱裂紋的重要作用。熱裂紋是增材制造鋁合金中常見(jiàn)的缺陷之一，嚴(yán)重影響材料的性能和可靠性。熱裂紋的產(chǎn)生主要是由于凝固過(guò)程中的熱應(yīng)力和微觀偏析，以及柱狀晶晶粒形貌的存在。柱狀晶之間的晶界結(jié)合力較弱，在熱應(yīng)力的作用下容易產(chǎn)生裂紋。形核劑的加入可以細(xì)化晶粒，增加晶界的數(shù)量和面積，使熱應(yīng)力能夠更均勻地分布在材料中，從而降低熱應(yīng)力集中，有效抑制熱裂紋的產(chǎn)生。通過(guò)細(xì)化晶粒，形核劑還可以改變裂紋的擴(kuò)展路徑，使裂紋在擴(kuò)展過(guò)程中遇到更多的晶界阻礙，從而增加裂紋擴(kuò)展的阻力，減少裂紋的長(zhǎng)度和寬度。研究表明，在增材制造7075鋁合金中添加適量的Al-Ti-B形核劑，熱裂紋的長(zhǎng)度和數(shù)量明顯減少，材料的抗熱裂性能得到顯著提高。改善組織均勻性也是形核劑在增材制造鋁合金中的重要作用。在增材制造過(guò)程中，由于溫度梯度和冷卻速率的不均勻性，容易導(dǎo)致鋁合金組織出現(xiàn)不均勻的情況，如晶粒大小不一、相分布不均勻等。這種組織不均勻性會(huì)導(dǎo)致材料性能的各向異性，降低材料的綜合性能。形核劑的加入可以促進(jìn)異質(zhì)形核，使晶核在鋁合金中均勻分布，從而細(xì)化晶粒，改善組織均勻性。形核劑還可以影響溶質(zhì)原子的擴(kuò)散和分布，促進(jìn)第二相的均勻析出，進(jìn)一步提高組織的均勻性。在增材制造AlSi10Mg鋁合金中添加納米TiB?顆粒形核劑，能夠使晶粒尺寸更加均勻，第二相的分布也更加彌散，材料的拉伸性能和疲勞性能得到顯著提高。四、形核劑對(duì)增材制造鋁合金微觀組織的影響實(shí)驗(yàn)研究4.1實(shí)驗(yàn)材料與方法本實(shí)驗(yàn)選用了廣泛應(yīng)用于增材制造領(lǐng)域的AlSi10Mg鋁合金粉末作為基礎(chǔ)材料。AlSi10Mg鋁合金是一種典型的鑄造鋁合金，具有良好的鑄造性能、力學(xué)性能和耐腐蝕性，其主要合金元素為Si和Mg，Si含量約為10wt%，Mg含量約為0.3-0.5wt%，這種成分使得合金在凝固過(guò)程中能夠形成細(xì)小的共晶硅相，從而提高合金的強(qiáng)度和硬度。其粉末粒徑范圍為45-106μm，該粒徑范圍能夠保證粉末在增材制造過(guò)程中具有良好的流動(dòng)性和堆積密度，有利于獲得高質(zhì)量的成型件。實(shí)驗(yàn)中選用的形核劑為Al-5Ti-1B中間合金和納米TiB?顆粒。Al-5Ti-1B中間合金是一種常見(jiàn)的鋁合金形核劑，其主要通過(guò)在鋁合金中引入TiB?粒子來(lái)發(fā)揮作用。在鋁合金凝固時(shí)，TiB?粒子能夠作為異質(zhì)形核核心，為鋁合金的結(jié)晶提供現(xiàn)成的晶核，從而促進(jìn)異質(zhì)形核的發(fā)生，細(xì)化晶粒。納米TiB?顆粒則因其納米尺寸效應(yīng)，具有更高的比表面積和活性，能夠更有效地促進(jìn)形核。納米TiB?顆粒的平均粒徑為50nm，這種小尺寸的顆粒能夠在鋁合金中均勻分散，提供更多的形核位點(diǎn)?；旌戏勰┑闹苽溥^(guò)程如下：首先，將AlSi10Mg鋁合金粉末和形核劑按照不同的質(zhì)量比例進(jìn)行稱量。對(duì)于Al-5Ti-1B中間合金，添加量分別為0.1wt%、0.3wt%和0.5wt%；對(duì)于納米TiB?顆粒，添加量分別為0.05wt%、0.1wt%和0.15wt%。將稱量好的粉末放入高能球磨機(jī)中進(jìn)行混合。球磨過(guò)程中，采用直徑為5mm的不銹鋼球作為研磨介質(zhì)，球料比為10:1，球磨速度為300r/min，球磨時(shí)間為2h。通過(guò)高能球磨，能夠使形核劑均勻地分散在鋁合金粉末中，保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。球磨后的混合粉末在使用前進(jìn)行真空干燥處理，以去除粉末表面吸附的水分和雜質(zhì)，提高粉末的質(zhì)量。增材制造實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)EOS公司的M290選擇性激光熔化設(shè)備。該設(shè)備配備有500W的光纖激光器，激光波長(zhǎng)為1070nm，光斑直徑為70μm。在進(jìn)行增材制造之前，先對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)熱處理，預(yù)熱溫度為100℃，以減少成型過(guò)程中的熱應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，激光功率設(shè)置為200W，掃描速度為1000mm/s，掃描間距為0.1mm，層厚為0.03mm。掃描策略采用棋盤(pán)式掃描，這種掃描方式能夠使熱量均勻分布，減少熱應(yīng)力集中，提高成型質(zhì)量。在成型過(guò)程中，采用氬氣作為保護(hù)氣體，以防止鋁合金粉末在高溫下氧化。將成型后的樣品切割成尺寸為10mm×10mm×10mm的小塊，用于微觀組織分析。采用電火花線切割設(shè)備進(jìn)行切割，切割過(guò)程中使用去離子水作為冷卻介質(zhì)，以減少切割過(guò)程對(duì)樣品微觀組織的影響。將切割好的樣品依次進(jìn)行打磨、拋光和腐蝕處理。打磨過(guò)程中，使用不同粒度的砂紙，從80目到2000目依次進(jìn)行打磨，以去除樣品表面的加工痕跡。拋光采用金剛石拋光膏，在拋光機(jī)上進(jìn)行拋光，直至樣品表面呈現(xiàn)鏡面光澤。腐蝕劑選用Keller試劑，其成分為2mlHF、3mlHCl、5mlHNO?和190mlH?O。將拋光后的樣品在Keller試劑中浸泡30s，然后用去離子水沖洗干凈，再用酒精脫水，最后用吹風(fēng)機(jī)吹干。經(jīng)過(guò)腐蝕處理后，樣品的微觀組織能夠清晰地顯示出來(lái)，便于后續(xù)的觀察和分析。4.2微觀組織表征方法金相顯微鏡是觀察鋁合金微觀組織的基礎(chǔ)工具，其工作原理基于光的折射、反射和透射等光學(xué)現(xiàn)象。通過(guò)特殊的照明系統(tǒng)和透鏡系統(tǒng)，將樣品上的細(xì)微結(jié)構(gòu)放大，使觀察者能夠清晰地看到鋁合金的晶粒形態(tài)、大小和分布情況。在使用金相顯微鏡時(shí)，首先將制備好的樣品放置在載物臺(tái)上，調(diào)整焦距和照明條件，使圖像清晰。通過(guò)目鏡或連接的顯示屏，可以觀察到樣品的微觀組織，并拍攝照片用于后續(xù)分析。金相顯微鏡的放大倍數(shù)通常在幾十倍到上千倍之間，能夠滿足對(duì)鋁合金微觀組織的初步觀察和分析需求。在觀察鋁合金的鑄態(tài)組織時(shí)，可以通過(guò)金相顯微鏡清晰地看到晶粒的大小、形狀以及晶界的情況。掃描電子顯微鏡（SEM）則具有更高的分辨率和更強(qiáng)大的分析功能。它利用高能電子束與樣品相互作用產(chǎn)生的二次電子、背散射電子等信號(hào)，來(lái)獲取樣品表面的微觀結(jié)構(gòu)信息。SEM的分辨率可以達(dá)到納米級(jí)別，能夠觀察到鋁合金中更細(xì)微的結(jié)構(gòu)特征，如析出相的形態(tài)、尺寸和分布等。在使用SEM時(shí)，將樣品放入真空腔室中，電子束掃描樣品表面，產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)探測(cè)器收集和處理后，在顯示屏上形成圖像。SEM還可以配備能譜分析儀（EDS），通過(guò)分析樣品中元素的特征X射線，確定元素的種類和含量，從而對(duì)析出相的成分進(jìn)行分析。利用SEM觀察添加形核劑的鋁合金樣品，可以清晰地看到形核劑在鋁合金中的分布情況，以及形核劑對(duì)晶粒細(xì)化和析出相形態(tài)的影響。透射電子顯微鏡（TEM）是一種能夠深入研究鋁合金微觀結(jié)構(gòu)的重要工具，其原理是利用高能電子束穿透樣品，通過(guò)電子與樣品原子的相互作用，產(chǎn)生衍射和散射現(xiàn)象，從而獲得樣品內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)信息。TEM的分辨率極高，能夠達(dá)到原子尺度，能夠觀察到鋁合金中的晶體缺陷、位錯(cuò)組態(tài)以及納米級(jí)析出相的特征。在使用TEM時(shí)，需要將樣品制備成超薄切片，通常厚度在幾十納米左右。將樣品放入TEM的樣品臺(tái)中，電子束穿透樣品，通過(guò)觀察電子衍射花樣和明場(chǎng)、暗場(chǎng)圖像，可以分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)、位錯(cuò)密度和分布、析出相的晶體學(xué)特征等。通過(guò)TEM觀察添加形核劑的鋁合金樣品，可以研究形核劑與鋁合金基體之間的界面結(jié)構(gòu)和相互作用，以及形核劑對(duì)鋁合金晶體缺陷和位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的影響。電子背散射衍射（EBSD）技術(shù)則主要用于分析鋁合金中晶粒的取向分布、晶界類型和取向差等信息。它利用電子束與樣品表面相互作用產(chǎn)生的背散射電子的菊池衍射花樣，來(lái)確定晶粒的取向。EBSD技術(shù)可以與SEM相結(jié)合，在觀察樣品微觀結(jié)構(gòu)的同時(shí)，分析晶粒的取向信息。在使用EBSD時(shí)，將樣品放置在SEM的樣品臺(tái)上，電子束掃描樣品表面，收集背散射電子的菊池衍射花樣，通過(guò)軟件分析花樣中的特征，確定晶粒的取向和晶界信息。EBSD技術(shù)能夠繪制出晶粒取向圖、晶界圖等，直觀地展示鋁合金中晶粒的取向分布和晶界特征。通過(guò)EBSD技術(shù)分析添加形核劑的鋁合金樣品，可以研究形核劑對(duì)晶粒生長(zhǎng)方向和織構(gòu)的影響。4.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.3.1不同形核劑對(duì)晶粒尺寸和形態(tài)的影響通過(guò)金相顯微鏡對(duì)添加不同形核劑的鋁合金樣品進(jìn)行觀察，圖1展示了未添加形核劑以及添加0.3wt%Al-5Ti-1B中間合金和0.1wt%納米TiB?顆粒的鋁合金樣品的金相組織。從圖中可以明顯看出，未添加形核劑的鋁合金樣品晶粒尺寸較大，平均晶粒尺寸達(dá)到了[X]μm，且晶粒形態(tài)不規(guī)則，呈現(xiàn)出明顯的柱狀晶特征，柱狀晶沿著熱流方向生長(zhǎng)，晶界較為清晰。這是因?yàn)樵谠霾闹圃爝^(guò)程中，快速凝固導(dǎo)致溫度梯度較大，溶質(zhì)原子來(lái)不及擴(kuò)散，使得晶粒在熱流方向上優(yōu)先生長(zhǎng)，形成了粗大的柱狀晶。添加0.3wt%Al-5Ti-1B中間合金的鋁合金樣品，晶粒尺寸明顯細(xì)化，平均晶粒尺寸減小到了[X]μm。這是由于Al-5Ti-1B中間合金中的TiB?粒子作為異質(zhì)形核核心，為鋁合金的結(jié)晶提供了大量的現(xiàn)成晶核，促進(jìn)了異質(zhì)形核的發(fā)生，使得晶核數(shù)量增多，晶粒得以細(xì)化。從金相組織中可以觀察到，晶粒形態(tài)變得更加均勻，柱狀晶特征減弱，等軸晶的比例增加。這是因?yàn)門iB?粒子在鋁合金中均勻分布，提供了均勻的形核位點(diǎn)，使得晶粒在各個(gè)方向上的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)更加均等，從而抑制了柱狀晶的生長(zhǎng)，促進(jìn)了等軸晶的形成。添加0.1wt%納米TiB?顆粒的鋁合金樣品，晶粒細(xì)化效果更為顯著，平均晶粒尺寸進(jìn)一步減小到了[X]μm。納米TiB?顆粒由于其納米尺寸效應(yīng)，具有更高的比表面積和活性，能夠更有效地促進(jìn)形核。在金相組織中可以看到，晶粒呈現(xiàn)出細(xì)小均勻的等軸晶形態(tài)，幾乎看不到柱狀晶的存在。這是因?yàn)榧{米TiB?顆粒的小尺寸使其能夠在鋁合金中更均勻地分散，提供了更多的形核位點(diǎn)，極大地促進(jìn)了異質(zhì)形核的發(fā)生，使得晶粒在各個(gè)方向上快速生長(zhǎng)，形成了細(xì)小均勻的等軸晶。圖1：不同形核劑作用下鋁合金的金相組織掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)一步觀察了添加不同形核劑的鋁合金樣品的微觀結(jié)構(gòu)，圖2展示了相應(yīng)的SEM圖像。未添加形核劑的鋁合金樣品中，晶界較為粗大，且存在明顯的微觀偏析現(xiàn)象，在晶界處可以觀察到第二相的聚集。這是由于快速凝固過(guò)程中溶質(zhì)原子的偏析，導(dǎo)致第二相在晶界處析出并聚集。添加0.3wt%Al-5Ti-1B中間合金的鋁合金樣品，晶界明顯細(xì)化，微觀偏析現(xiàn)象得到改善，第二相在晶界處的聚集減少，且第二相的尺寸也有所減小。這是因?yàn)榫Я＜?xì)化后，晶界面積增加，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散距離減小，使得微觀偏析得到抑制，第二相的析出和聚集也相應(yīng)減少。添加0.1wt%納米TiB?顆粒的鋁合金樣品，晶界更加細(xì)小，微觀偏析現(xiàn)象基本消失，第二相均勻地分布在晶粒內(nèi)部，尺寸進(jìn)一步減小。納米TiB?顆粒的細(xì)化作用使得晶粒內(nèi)部的成分更加均勻，抑制了微觀偏析的發(fā)生，同時(shí)促進(jìn)了第二相的均勻析出和細(xì)化。圖2：不同形核劑作用下鋁合金的SEM圖像綜合金相顯微鏡和掃描電子顯微鏡的觀察結(jié)果，可以得出結(jié)論：添加形核劑能夠顯著細(xì)化增材制造鋁合金的晶粒尺寸，改變晶粒形態(tài)，抑制柱狀晶的生長(zhǎng)，促進(jìn)等軸晶的形成。納米TiB?顆粒的細(xì)化效果優(yōu)于Al-5Ti-1B中間合金，這主要是由于納米TiB?顆粒的納米尺寸效應(yīng)，使其具有更高的比表面積和活性，能夠更有效地促進(jìn)形核和晶粒細(xì)化。4.3.2形核劑添加量對(duì)微觀組織的影響針對(duì)Al-5Ti-1B中間合金，研究了其添加量分別為0.1wt%、0.3wt%和0.5wt%時(shí)對(duì)鋁合金微觀組織的影響。金相顯微鏡觀察結(jié)果如圖3所示，當(dāng)Al-5Ti-1B中間合金添加量為0.1wt%時(shí)，鋁合金樣品的晶粒尺寸有所細(xì)化，平均晶粒尺寸從無(wú)添加時(shí)的[X]μm減小到了[X]μm，但細(xì)化效果相對(duì)較弱。這是因?yàn)榇藭r(shí)形核劑的添加量較少，提供的異質(zhì)形核位點(diǎn)有限，雖然能夠促進(jìn)一定程度的異質(zhì)形核，但晶核數(shù)量的增加幅度不夠大，導(dǎo)致晶粒細(xì)化效果不明顯。從金相組織中可以看到，仍存在部分粗大的柱狀晶，等軸晶的比例相對(duì)較低。當(dāng)添加量增加到0.3wt%時(shí)，晶粒細(xì)化效果顯著增強(qiáng)，平均晶粒尺寸減小到了[X]μm。此時(shí)，形核劑提供了足夠的異質(zhì)形核位點(diǎn)，大量的晶核在鋁合金凝固過(guò)程中形成，有效地抑制了柱狀晶的生長(zhǎng)，促進(jìn)了等軸晶的形成。金相組織中，等軸晶的比例明顯增加，柱狀晶的數(shù)量和尺寸都大幅減少。繼續(xù)增加添加量至0.5wt%時(shí)，晶粒尺寸進(jìn)一步細(xì)化，平均晶粒尺寸減小到了[X]μm。然而，從金相組織中可以觀察到，部分晶粒出現(xiàn)了團(tuán)聚現(xiàn)象，這可能是由于形核劑添加量過(guò)多，導(dǎo)致形核劑顆粒在鋁合金中分布不均勻，部分區(qū)域的形核劑濃度過(guò)高，使得晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中相互靠近并團(tuán)聚。圖3：Al-5Ti-1B添加量對(duì)鋁合金金相組織的影響對(duì)于納米TiB?顆粒，研究了其添加量分別為0.05wt%、0.1wt%和0.15wt%時(shí)的微觀組織變化。圖4為相應(yīng)的金相顯微鏡觀察結(jié)果，當(dāng)添加量為0.05wt%時(shí)，鋁合金樣品的晶粒尺寸有所減小，平均晶粒尺寸從無(wú)添加時(shí)的[X]μm減小到了[X]μm。由于納米TiB?顆粒的高活性和小尺寸，即使添加量較少，也能在一定程度上促進(jìn)形核，細(xì)化晶粒。但由于添加量有限，提供的形核位點(diǎn)相對(duì)較少，晶粒細(xì)化效果有限。金相組織中，仍能看到一些較大尺寸的晶粒，柱狀晶的特征仍然存在。當(dāng)添加量增加到0.1wt%時(shí)，晶粒細(xì)化效果明顯提升，平均晶粒尺寸減小到了[X]μm。此時(shí)，納米TiB?顆粒均勻地分散在鋁合金中，提供了大量的形核位點(diǎn)，使得晶粒在各個(gè)方向上快速生長(zhǎng)，形成了細(xì)小均勻的等軸晶。金相組織中，晶粒呈現(xiàn)出細(xì)小均勻的等軸晶形態(tài)，幾乎看不到柱狀晶的存在。當(dāng)添加量增加到0.15wt%時(shí)，雖然晶粒尺寸繼續(xù)減小，平均晶粒尺寸達(dá)到了[X]μm，但部分晶粒出現(xiàn)了異常長(zhǎng)大的現(xiàn)象。這可能是因?yàn)榧{米TiB?顆粒添加量過(guò)多，導(dǎo)致顆粒之間相互聚集，形成較大的團(tuán)聚體，這些團(tuán)聚體周圍的形核和生長(zhǎng)條件發(fā)生改變，使得部分晶粒在生長(zhǎng)過(guò)程中獲得了更多的生長(zhǎng)空間和原子供應(yīng)，從而出現(xiàn)異常長(zhǎng)大。圖4：納米TiB?添加量對(duì)鋁合金金相組織的影響綜合以上結(jié)果，形核劑的添加量對(duì)增材制造鋁合金的微觀組織有顯著影響。在一定范圍內(nèi)，隨著形核劑添加量的增加，晶粒細(xì)化效果逐漸增強(qiáng)，但當(dāng)添加量超過(guò)一定值時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)晶粒團(tuán)聚或異常長(zhǎng)大等問(wèn)題。對(duì)于Al-5Ti-1B中間合金，添加量在0.3wt%左右時(shí)，能夠獲得較好的晶粒細(xì)化效果和均勻的微觀組織；對(duì)于納米TiB?顆粒，添加量在0.1wt%左右時(shí)，鋁合金的微觀組織最為理想。4.3.3工藝參數(shù)與形核劑的協(xié)同作用對(duì)微觀組織的影響在研究工藝參數(shù)與形核劑的協(xié)同作用時(shí)，主要考察了激光功率和掃描速度這兩個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)。在添加0.3wt%Al-5Ti-1B中間合金的基礎(chǔ)上，分別設(shè)置了不同的激光功率和掃描速度組合。當(dāng)激光功率為180W，掃描速度為800mm/s時(shí)，圖5(a)展示了此時(shí)鋁合金的金相組織?？梢杂^察到，晶粒尺寸相對(duì)較大，平均晶粒尺寸為[X]μm。這是因?yàn)檩^低的激光功率導(dǎo)致粉末吸收的能量不足，熔化不充分，凝固速度相對(duì)較慢，使得晶粒有更多的時(shí)間生長(zhǎng)，從而尺寸較大。雖然添加了形核劑，但由于凝固條件的影響，形核劑的作用未能充分發(fā)揮，柱狀晶仍然存在一定比例。當(dāng)激光功率增加到220W，掃描速度保持800mm/s時(shí)，如圖5(b)所示，晶粒尺寸明顯減小，平均晶粒尺寸減小到了[X]μm。較高的激光功率使粉末吸收的能量增加，熔化更加充分，凝固速度加快，抑制了晶粒的生長(zhǎng)。同時(shí)，形核劑在這種快速凝固條件下，能夠更好地發(fā)揮促進(jìn)異質(zhì)形核的作用，使得晶核數(shù)量增多，晶粒得到進(jìn)一步細(xì)化。金相組織中等軸晶的比例增加，柱狀晶減少。當(dāng)激光功率為200W，掃描速度提高到1200mm/s時(shí)，圖5(c)顯示，晶粒尺寸進(jìn)一步減小，平均晶粒尺寸為[X]μm。較高的掃描速度使得單位時(shí)間內(nèi)激光作用在粉末上的能量減少，冷卻速度加快，極大地抑制了晶粒的生長(zhǎng)。形核劑在快速冷卻條件下，能夠更有效地促進(jìn)形核，使得晶粒細(xì)化效果更加顯著。此時(shí)，金相組織中幾乎全是細(xì)小的等軸晶，柱狀晶極少。當(dāng)激光功率增加到220W，掃描速度提高到1200mm/s時(shí)，如圖5(d)所示，雖然晶粒尺寸仍然較小，平均晶粒尺寸為[X]μm，但部分區(qū)域出現(xiàn)了晶粒不均勻的現(xiàn)象。這是因?yàn)檫^(guò)高的激光功率和掃描速度組合，導(dǎo)致能量輸入和冷卻速度的變化過(guò)于劇烈，使得鋁合金在凝固過(guò)程中溫度場(chǎng)和成分場(chǎng)的分布不均勻，從而影響了形核劑的作用效果，導(dǎo)致部分區(qū)域的晶粒生長(zhǎng)不一致，出現(xiàn)晶粒不均勻的情況。圖5：不同工藝參數(shù)下添加Al-5Ti-1B鋁合金的金相組織掃描電子顯微鏡（SEM）進(jìn)一步觀察了不同工藝參數(shù)與形核劑協(xié)同作用下鋁合金的微觀結(jié)構(gòu)。在激光功率為180W，掃描速度為800mm/s時(shí)，SEM圖像顯示晶界較粗大，存在明顯的微觀偏析現(xiàn)象，第二相在晶界處聚集較多。這是由于較低的激光功率和掃描速度導(dǎo)致凝固過(guò)程相對(duì)緩慢，溶質(zhì)原子有足夠的時(shí)間擴(kuò)散和偏析，在晶界處形成第二相聚集。當(dāng)激光功率增加到220W，掃描速度保持800mm/s時(shí)，晶界明顯細(xì)化，微觀偏析現(xiàn)象得到改善，第二相在晶界處的聚集減少。較高的激光功率使凝固速度加快，溶質(zhì)原子的擴(kuò)散受到抑制，減少了微觀偏析的發(fā)生，同時(shí)形核劑的作用使得晶粒細(xì)化，晶界面積增加，第二相的分布更加均勻。當(dāng)激光功率為200W，掃描速度提高到1200mm/s時(shí)，晶界更加細(xì)小，微觀偏析現(xiàn)象基本消失，第二相均勻地分布在晶粒內(nèi)部。快速的冷卻速度和形核劑的共同作用，使得晶粒內(nèi)部的成分更加均勻，抑制了微觀偏析，促進(jìn)了第二相的均勻析出。當(dāng)激光功率增加到220W，掃描速度提高到1200mm/s時(shí)，部分區(qū)域可以觀察到第二相的不均勻分布，這與金相組織中晶粒不均勻的現(xiàn)象相對(duì)應(yīng)，是由于能量輸入和冷卻速度的劇烈變化導(dǎo)致的。綜上所述，工藝參數(shù)與形核劑之間存在明顯的協(xié)同作用。合適的工藝參數(shù)能夠促進(jìn)形核劑更好地發(fā)揮作用，細(xì)化晶粒，改善微觀組織。過(guò)高或過(guò)低的工藝參數(shù)可能會(huì)影響形核劑的作用效果，導(dǎo)致微觀組織不均勻。在增材制造鋁合金時(shí)，需要綜合考慮工藝參數(shù)和形核劑的添加，以獲得理想的微觀組織。五、形核劑對(duì)增材制造鋁合金力學(xué)性能的影響實(shí)驗(yàn)研究5.1力學(xué)性能測(cè)試方法為了全面、準(zhǔn)確地評(píng)估形核劑對(duì)增材制造鋁合金力學(xué)性能的影響，采用了一系列標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，涵蓋拉伸性能、硬度、沖擊韌性和疲勞性能等關(guān)鍵指標(biāo)。拉伸性能測(cè)試嚴(yán)格遵循國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T228.1-2010《金屬材料拉伸試驗(yàn)第1部分：室溫試驗(yàn)方法》。使用電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，型號(hào)為Instron5982，該設(shè)備具有高精度的載荷傳感器和位移測(cè)量系統(tǒng)，能夠精確測(cè)量拉伸過(guò)程中的載荷和位移。在測(cè)試前，將添加不同形核劑的增材制造鋁合金樣品加工成標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試樣，其形狀和尺寸符合GB/T228.1-2010中的規(guī)定，標(biāo)距長(zhǎng)度為50mm，直徑為10mm。將試樣安裝在電子萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)的夾具上，確保試樣的軸線與試驗(yàn)機(jī)的加載軸線重合。以0.0025/s的應(yīng)變速率進(jìn)行加載，直至試樣斷裂。在測(cè)試過(guò)程中，試驗(yàn)機(jī)實(shí)時(shí)記錄載荷-位移曲線，通過(guò)對(duì)該曲線的分析，計(jì)算出屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率等關(guān)鍵力學(xué)性能指標(biāo)。屈服強(qiáng)度通過(guò)屈服點(diǎn)延伸法確定，即當(dāng)試樣的應(yīng)力-應(yīng)變曲線出現(xiàn)明顯的屈服平臺(tái)時(shí)，平臺(tái)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力即為屈服強(qiáng)度；若沒(méi)有明顯的屈服平臺(tái)，則采用規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度法，取規(guī)定非比例延伸率為0.2%時(shí)對(duì)應(yīng)的應(yīng)力作為屈服強(qiáng)度?？估瓘?qiáng)度為載荷-位移曲線中的最大載荷對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。伸長(zhǎng)率是指試樣斷裂后標(biāo)距的伸長(zhǎng)量與原始標(biāo)距的百分比。硬度測(cè)試選用維氏硬度計(jì)，型號(hào)為HV-1000A，依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4340.1-2009《金屬材料維氏硬度試驗(yàn)第1部分：試驗(yàn)方法》進(jìn)行。在測(cè)試前，對(duì)試樣的測(cè)試表面進(jìn)行打磨和拋光處理，使其表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm以下，以保證測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。將試樣放置在硬度計(jì)的工作臺(tái)上，調(diào)整硬度計(jì)的加載力為9.807N，加載時(shí)間為10-15s。在試樣的不同部位進(jìn)行多點(diǎn)測(cè)試，每個(gè)