航空航天领域高新手艺麋集，，，，，，，航空航天高端装备的服役性能很洪流平上取决于金属构件的性能。。。。。。。随着新型航空发念头、大飞机、新一代运载火箭等航空航天产品的开发及新质料的应用，，，，，，，对制造手艺的要求也越来越高 [1] 。。。。。。。接纳铸、锻、焊、机加工等古板制造手艺生产航空航天领域用金属构件，，，，，，，往往需要重型装备和大型工模具，，，，，，，手艺难度大，，，，，，，质料加工余量大、使用率低，，，，，，，生产周期长、本钱高，，，，，，，已难以知足需求 [2] 。。。。。。。

近年来开发的增材制造手艺能解决这些问题。。。。。。。金属增材制造是以激光、电子束或电弧作热源，，，，，，，凭证三维模子数据将质料（流体、粉末、丝材、块体）逐层群集，，，，，，，进而实现金属构件的直接制造 [3] 。。。。。。。该制造手艺能快速完成高性能大型重大金属构件的直靠近净成形，，，，，，，是一种“厘革性”绿色低碳制造手艺 [4-5] 。。。。。。。现在，，，，，，，金属增材制造手艺已生长成提高航空航天设计与制造能力的焦点手艺，，，，，，，其应用规模已从零部件（飞机、卫星、高明航行器、载人飞船的零部件打。。。。。。。├┱怪琳ǚ⒛钔贰⑽奕嘶⑽/纳卫星整机打。。。。。。。 [6] 。。。。。。。接纳金属增材制造手艺可实现重大金属构件的质料?结构一体化净成形，，，，，，，为航空航天高性能构件的设计与制造提供了新途径。。。。。。。

航空航天高端装备正朝着高性能、长寿命、高可靠性及低本钱的偏向生长，，，，，，，接纳整体结构和重大大型化是其生长趋势 [1] 。。。。。。；；；；；谡庵稚で魇，，，，，，，要求金属构件具有优异的力学性能，，，，，，，并兼具防热、隔热、减振、抗辐射等特殊功效 [6] 。。。。。。。质料是制造业的基础，，，，，，，“一代质料、一代装备”，，，，，，，质料直接影响和决议航空航天工业的生长水平和质量。。。。。。。现在，，，，，，，以马氏体时效钢为代表的高强钢 [7] 、以镍基高温合金为代表的耐热合金 [8] 、以钛、铝合金为代表的轻质高强合金 [9-10] ，，，，，，，均是主要的航空航天领域用增材制造金属质料。。。。。。。通过立异和生长上述 4 种合金，，，，，，，并团结增材制造控形和控性手艺，，，，，，，可实现质料?结构?性能一体化制造，，，，，，，以知足航空航天领域对增材制造金属构件的需求。。。。。。。本文从航空航天领域对增材制造金属质料的需求出发，，，，，，，综述了航空航天领域用铁基合金、镍基合金、钛合金、铝合金的研究现状，，，，，，，指出了航空航天领域用增材制造金属质料保存的问题及未来的研究偏向。。。。。。。

1、 航空航天领域用增材制造金属质料的应用

1.1 增材制造金属质料系统及其应用

航空航天高性能构件多用于极端苛刻的情形，，，，，，，要具有超强承载、极端耐热、超轻量化和高可靠性等特征 [6] 。。。。。。。航空航天领域用增材制造金属质料的种类繁多，，，，，，，其合金系统及主要牌号如图 1 所示。。。。。。。凭证化学因素，，，，，，，可将航空航天用增材制造金属质料分为铁基合金、镍基合金、钴基合金、钛合金、铝合金、铜合金等，，，，，，，其中铁基合金、镍基合金、钛合金、铝合金的生产和应用量大面广 [11] 。。。。。。。

图 1 航空航天领域用增材制造合金系统及主要牌号

Fig.1 Additive manufactured alloy systems reserved for aerospace field and the main grades

表 1 归纳了航空航天领域用典范增材制造金属质料及其应用。。。。。。。铁基合金的本钱低，，，，，，，具有辽阔的应用远景。。。。。。。现在，，，，，，，航空航天用增材制造铁基合金主要包括马氏体时效钢、不锈钢等。。。。。。。

马氏体时效钢有 AerMet100、18Ni(300)等，，，，，，，在火箭和导弹发念头等领域都有应用 [12] ；；；；；不锈钢（如 SS304L、SS316L 等）具有优异的耐蚀性能，，，，，，，主要用于发念头和排气系统、液压件、热交流器、升降架系统和讨论等 [13] 。。。。。。。

现代航空发念头中，，，，，，，高温合金用量占发念头总质量的 40%~60%，，，，，，，主要用于燃烧室、导向叶片、涡轮叶片和涡轮盘等热端部件，，，，，，，以及机匣、环件、加力燃烧室和尾喷口等部件。。。。。。。高温合金有铁基、镍基、钴基等，，，，，，，镍基高温合金的应用最为普遍，，，，，，，其用量占比高达 80%。。。。。。。常用的镍基高温合金有 IN625、IN718 等，，，，，，，主要用于涡轮发念头燃烧室、涡轮机、外壳、圆盘、叶片等，，，，，，，以及液体火箭发念头的阀门、涡轮机械、喷射器、燃烧器和歧管等 [13] 。。。。。。。

钛合金具有比强度高、耐蚀性能好等优点，，，，，，，普遍用于航空航天领域。。。。。。。TC4 合金常用于升降架、轴承架、旋转机械、压缩机盘及叶片、低温推进剂罐等航空航天零件。。。。。。。Ti6242 合金用于压缩机叶片和旋转机械，，，，，，，而 γ-TiAl 合金较多用于涡轮叶片 [13] 。。。。。。。别的，，，，，，，TC2、TC18、TC21、TA15 等钛合金常用于飞机主承载件，，，，，，，TC11、TC17、Ti60 合金等可用于整体叶盘等航空发念头部件 [14] 。。。。。。。

铝合金比强度高，，，，，，，是一种成熟的航空航天领域用质料。。。。。。。现在，，，，，，，可增材制造飞机零件的铝合金有 AlSi10Mg、A6061、AlSi12、AlSi12Mg 等，，，，，，，常用于要求减轻质量、降低本钱的部件，，，，，，，如飞机机身件等 [15] 。。。。。。。

总体上看，，，，，，，增材制造金属质料在航空航天领域具有辽阔的应用远景。。。。。。。航空航天领域用增材制造金属质料的应用主要有四方面：（1）卫星制造，，，，，，，如卫星推进系统的钛合金活塞和肼推进系统，，，，，，，卫星的钛合金与铝合金支架；；；；；（2）火箭制造，，，，，，，如火箭发念头的热端部件等；；；；；（3）飞机制造，，，，，，，如飞机机身、大型结构件、承力结构件，，，，，，，飞机发念头的热端部件；；；；；（4）武器装备制造，，，，，，，如无人机发念头及巡飞弹的要害部件等。。。。。。。

1.2 增材制造金属质料的市场规模

接纳增材制造手艺可实现重大金属构件的质料?结构一体化净成形，，，，，，，为航空航天高性能构件的设计制造提供了新的手艺途径。。。。。。。增材制造全球权威生长报告“Wohlers Report”指出 [17] ，，，，，，，增材制造手艺已生长成能提高航空航天领域设计与制造能力的焦点手艺，，，，，，，其在工业应用中的比例达 14.7%。。。。。。。增材制造手艺能在航空航天领域被普遍应用，，，，，，，主要是因其在轻量化、重大结构一体化成形等方面的显著优势。。。。。。。

Wohlers Associates 统计数据（图 2） [17] 批注，，，，，，，2021 年增材制造工业销售额中，，，，，，，增材制造效劳（零部件制造）占比为 41.0%，，，，，，，增材制造质料占比为 23.4%，，，，，，，成形装备占比为 22.4%，，，，，，，其他占比为 13.2%。。。。。。。从质料方面看，，，，，，，全球增材制造质料销售额从 2017 年的 11.33 亿美元升至2021 年的 25.98 亿美元，，，，，，，年复合增添率达 23.06%。。。。。。。其中 2021 年金属质料销售额达 4.73 亿美元，，，，，，，在全球增材制造质料总销售额中占比约 18.20%，，，，，，，同比增添 23.50%，，，，，，，年复合增添率为26.80%。。。。。。。？？？？？？杉，，，，，，，增材制造质料市场快速扩大，，，，，，，其中金属质料市场增速领先，，，，，，，增材制造金属质料生长潜力重大。。。。。。。

图2 增材制造业销售额占比（a）、增材制造质料销售额占比（b）和增材制造金属质料销售额及增速（c）

Fig.2 Shares of sales in the additive manufacturing industry (a), shares of sales in additive manufactured materials(b) and sales and growth rate of additive manufactured metallic materials(c)

2、 航空航天领域用增材制造金属质料及其应用

2.1 增材制造铁基合金及其应用

马氏体高强钢是航空航天领域用增材制造铁基合金，，，，，，，主要包括马氏体不锈钢和马氏体时效钢 [18] ，，，，，，，具有优异的强度和韧性。。。。。。。从节能和降低生产本钱的角度思量，，，，，，，高强钢仍是未来航空航天领域用增材制造金属质料的主要研究偏向 [19] 。。。。。。。沉淀硬化不锈钢的典范牌号有 15-5PH、17-4PH 等 [18,20] 。。。。。。。以 17-4PH 钢为例，，，，，，，由于第二相析出强化，，，，，，，其具有高强度和高耐蚀性，，，，，，，常用于航空发念头细密零件 [21-22] 。。。。。。。马氏体时效钢的典范牌号有 AerMet100、18Ni(300)等 [23-24] ，，，，，，，以18Ni(300)为例，，，，，，，其优异的强度、韧性、硬度、耐蚀性和耐磨性主要源于固溶强化、相变强化和时效强化，，，，，，，在火箭和导弹发念头等领域都有应用 [23] 。。。。。。。

2.1.1 微观组织与力学性能

马氏体不锈钢的室温组织为细小的板条马氏体、适量的残留奥氏体及弥散漫衍的沉淀强化相 [18] 。。。。。。。板条马氏体由于位错密度高，，，，，，，具有很高的强度。。。。。。。亚稳残留奥氏体能缓解裂纹尖端的应力集中，，，，，，，从而提高质料韧性。。。。。。。时效处置惩罚析出的纳米级强化相能进一步提高钢的强度 [25] 。。。。。。。

表 2 列出了 4 种典范增材制造马氏体不锈钢和马氏体时效钢的力学性能。。。。。。。表 2 批注，，，，，，，15-5PH和 17-4PH 不锈钢的强度较低，，，，，，，主要强化相为富 Cu 相，，，，，，，如 ε-Cu 相等 [21,26] 。。。。。。。别的，，，，，，，钢中 MC相具有钉扎晶界、细化晶粒的作用。。。。。。。

马氏体时效钢的微观组织与马氏体不锈钢类似，，，，，，，主要通过超低碳铁镍马氏体基体中析出金属间化合物强化，，，，，，，具有优异的综协力学性能 [27] 。。。。。。。以 AerMet100、18Ni(300)钢为例，，，，，，，其沉积态组织为具有近亚微米级胞结构的马氏体 [28-29] 。。。。。。。时效处置惩罚后，，，，，，，会析出高密度的纳米级Ni 3 X(X=Ti, Al, Mo)金属间化合物，，，，，，，使抗拉强度提高至~2 000 MPa [24,30] 。。。。。。。现在有关增材制造马氏体时效钢的研究主要是 18Ni(300)钢，，，，，，，研究内容集中在成形工艺参数优化、热处置惩罚工艺与组织性能之间的关系、时效强化机制等 [7,29,31-36] 。。。。。。。

为改善成形件的质量和力学性能，，，，，，，通常接纳设计增材制造专用合金粉末、优化激光增材制造工艺参数和调控微观组织等步伐 [23] 。。。。。。。现有的普遍应用于航空航天领域的增材制造马氏体高强钢粉末主要为古板块体质料，，，，，，，适用于增材制造手艺的马氏体高强钢专用粉末较少。。。。。。。为提高成形件的质量和力学性能，，，，，，，需基于增材制造手艺奇异的高冷却速率、温度梯度及非平衡热循环等特点，，，，，，，设计适用于增材制造工艺的新型马氏体高强钢粉末。。。。。。。？？？？？？⒃霾闹圃煊眯滦吐硎咸甯咔扛址勰┦呛娇蘸教炝煊蛴迷霾闹圃旖鹗糁柿系闹饕芯科。。。。。。。

2.1.2 应用实例

增材制造手艺在飞机零件结构优化和缺陷修复方面具有一定优势。。。。。。。欧洲宇航防务集团公司将拓扑优化手艺与增材制造手艺相团结，，，，，，，为空客 A380 打印的不锈钢支架质量与古板铸件

相比约减小了 40%，，，，，，，单架机年运营费等本钱降低了数万美元 [38] 。。。。。。。北京航空质料研究院接纳激光修复手艺，，，，，，，对第三代战机、伊尔 76 飞机的超高强度钢升降架、不锈钢轴颈等承载件举行了修复，，，，，，，部分修复的零件已通过装机评审并被再次应用 [39] ，，，，，，，修复的伊尔 76 飞机超高强度钢升降架状态优异。。。。。。。

2.2 增材制造镍基合金及其应用

航空发念头的推重比和功率在一直提高，，，，，，，涡轮入口温度也随之升高，，，，，，，对高温合金叶片性能的要求也越来越高。。。。。。。现在，，，，，，，镍基高温合金的应用最为普遍，，，，，，，其在 650~1 000 ℃具有较高的强度、优异的抗氧化和抗燃气侵蚀性能等。。。。。。。典范的镍基高温合金有 IN625、IN718 等，，，，，，，两者用量占镍基高温合金总量的 83%，，，，，，，常用于航空发念头燃烧室、发念头尾喷管等零部件 [40-41] 。。。。。。。

2.2.1 微观组织与力学性能

镍基高温合金 是以镍为主要因素（镍 质量分数一样平常大于 50% ）的高温合金，，，，，，， 主要通过 Nb和 Mo 的固溶强化提高其力学性能，，，，，，，Ni 和 Cr 具有较好的耐蚀和抗氧化性能，，，，，，，Mo 具有优异的抗点蚀性能 [42-43] 。。。。。。。镍基高温合金基体为 γ 相、强化相为 γ′相，，，，，，，在常温顺高温下均具有强化作用，，，，，，，被普遍应用于航空航天热端部件 [44] 。。。。。。。

接纳选区激光熔炼（SLM）工艺制备镍基高温合金件的历程中，，，，，，，工艺参数会显著影响零件的力学性能 [16] 。。。。。。。SLM 成形镍基高温合金件通常需举行后处置惩罚（如热等静压处置惩罚、固溶处置惩罚、时效等），，，，，，，来改善其显微组织和力学性能 [45] 。。。。。。。表 3 归纳了 SLM 成形镍基高温合金经差别工艺热处置惩罚后的力学性能。。。。。。。IN718 合金是富含 Cr 和 Fe 的沉淀硬化镍基合金，，，，，，，SLM 成形 IN718 合金沉积态的屈服强度约为 580 MPa，，，，，，，时效后可提高至 1 000 MPa 以上。。。。。。。

增材制造 IN718 合金的热处置惩罚工艺通常包括析出时效、δ 相时效+析出时效、高温组织匀称化+δ 相时效+析出时效等 [50-51] 。。。。。。。析出时效处置惩罚时，，，，，，，时效温度较低不会使沉积态组织爆发转变，，，，，，，仅增进 γ''相和 γ'相析出，，，，，，，也不可消除打印历程中形成的 Laves 相。。。。。。。Laves 相为有害相，，，，，，，会降低质料的力学性能 [52] 。。。。。。。因此，，，，，，，通常对增材制造 IN718 合金举行温度高于 970 ℃的匀称化处置惩罚，，，，，，，以消除 Laves 相。。。。。。。“δ 相时效+析出时效”处置惩罚可使晶界的 Laves 相消融并转变为沿晶界析出的 δ 相。。。。。。。别的，，，，，，，δ 相会随“δ 相时效”时间的延伸而长大，，，，，，，且亚稳态 γ''相会转变为δ 相（时效温度 650 ℃）。。。。。。。举行高温组织匀称化+δ 相时效+析出时效处置惩罚时，，，，，，，高温组织匀称化处置惩罚不但影响 γ''相和 δ 相的析出行为，，，，，，，也影响质料的再结晶水平。。。。。。。固溶温度高于 1 180 ℃时，，，，，，，沉积态组织将爆发完全再结晶，，，，，，，且随着匀称化温度的提高和时间的延伸，，，，，，，Laves 相或碳化物完全消融，，，，，，，γ''相尺寸增大 [51,53] 。。。。。。。？？？？？？杉，，，，，，，合适的热处置惩罚能增进 γ''和 γ'相重新析出，，，，，，，从而显著提高增材制造 IN718 合金的屈服强度。。。。。。。

IN718 合金增材制造历程中极高的温度梯度和极快的冷却速率会抑制 γ''和 γ'相析出，，，，，，，导致增材制造IN718合金的硬度和强度降低 [48] 。。。。。。。凭证增材制造镍基高温合金的微观组织特点，，，，，，，通过开发新的热处置惩罚工艺，，，，，，，有望使其获得优异的综协力学性能 [54] 。。。。。。。沉积态增材制造镍基高温合金件的综协力学性能往往达不到铸造件的水平，，，，，，，且成形历程中易爆发微裂纹等缺陷。。。。。。。通过添加合金元素（Y、Re 等 [55-56] ）或陶瓷颗粒（TiB 2 、TiC、TiN 等 [57-59] ）等对高温合金举行改性，，，，，，，可一定水平上提高其高温性能。。。。。。。

2.2.2 应用实例

镍基高温合金适合制备形状重大且极难加工的结构件，，，，，，，如火箭推进器零件、助推器等。。。。。。。

印度国防冶金研究实验室（Defence Metallurgical Research Laboratory, DMRL）接纳增材制造手艺制备了升级版燃料喷射器，，，，，，，其抗压、抗拉性能和硬度均优于接纳古板工艺制造的燃料喷射器，，，，，，，具有强盛的应用潜力 [60] 。。。。。。。美国马歇尔太空航行中心（Marshall Space Flight Center, MSFC）乐成制备了 IN625 合金整体推力室，，，，，，，该推力室内部有完整的通道结构，，，，，，，可用于腔室的通道冷却喷嘴 [61] 。。。。。。；；；；；蝗绕魇呛教熳氨赋ば裙淘诵械囊Σ考，，，，，，，法国 AddUp、Sogeclair 和 Temisth公司接纳增材制造手艺乐成制备了薄壁 IN718 合金换热器，，，，，，，其质量和性能与增材制造的铝制外壳相近 [62] 。。。。。。。

2.3 增材制造钛合金及其应用

钛合金具有较高的比强度、优异的韧性、耐侵蚀、耐热耐寒性等，，，，，，，是航空发念头用主要质料之一 [6] 。。。。。。。现在，，，，，，，增材制造的钛合金主要有 TC4、TA15、TC11、Ti55、Ti60、TiAl 等，，，，，，，主要应用于发念头叶片、机匣，，，，，，，飞机钣金件、梁、讨论、大型壁板等。。。。。。。TC4 合金（Ti-6Al-4V）具有优异的综合性能，，，，，，，在航空航天领域的用量最大，，，，，，，使用温度一样平常在 400 ℃以下，，，，，，，能在 400 ℃以上使用的钛合金主要有 TA15、TC11、Ti-55 及 Ti60 等。。。。。。。

2.3.1 微观组织与力学性能

激光增材制造钛合金是极端非平衡凝固历程，，，，，，，其快速熔化和快速凝固完全偏离了通例工艺的平衡/近平衡凝固历程。。。。。。。激光成形钛合金的沉积态组织主要为柱状初生 β 相及细小的针状 α′马氏体，，，，，，，制品显微组织高度依赖沉积历程中的热循环和随后的热处置惩罚。。。。。。。通过控制固溶和时效温度、冷却速率等并团结适当的热变形加工，，，，，，，可获得古板钛合金的等轴、双态、魏氏或网状等典范组织。。。。。。。以 Ti-6Al-4V 合金为例，，，，，，，由于 SLM 成形历程的冷却速率极快，，，，，，，远高于爆发马氏体相变的冷却速率，，，，，，，急速冷却时初生 β 相将爆发无扩散相变，，，，，，，转变为非平衡针状马氏体（α'），，，，，，，其室温抗拉强度凌驾 1 200 MPa，，，，，，，但断后伸长率仅约为 8%（表 4） [63] 。。。。。。。

在 SLM 的极端非平衡凝固条件下，，，，，，，钛合金往往会形成粗大的柱状晶组织，，，，，，，导致力学性能各向异性，，，，，，，使构件累积损伤失效 [64-66] 。。。。。。。为阻止粗大柱状晶组织的不良影响，，，，，，，可向钛合金中添加 Cu、Ni 等合金元素 [67-69] 以及 ZrN、TiB 2 、ZrB 2 等陶瓷颗粒 [70-75] ，，，，，，，以增进等轴晶形成。。。。。。。

研究批注，，，，，，，向纯钛中加入一定量的 Cu，，，，，，，在 SLM 成形的 Ti-Cu 合金中形成了细小的等轴晶粒[76] 。。。。。。。该因素合金凝固历程中固液前沿的因素过冷区显著扩大，，，，，，，消除了增材制造温度梯度大的不良影响，，，，，，，限制晶粒长大的同时提高形核速率，，，，，，，增进细腻等轴晶形成。。。。。。。在无后处置惩罚的情形下，，，，，，，制备的 Ti-Cu 合金与古板合金相比具有较高的屈服强度和断后伸长率（表 4）。。。。。。。笔者团队受其启发，，，，，，，向纯钛中加入微量 Ni，，，，，，，在 SLM 成形的 Ti-Ni 合金中爆发了直径约 1.2 μm 的等轴晶 [69] 。。。。。。。通过进一步优化 SLM 工艺获得了具有细小等轴晶的纳米马氏体（α'）组织，，，，，，，并阻止了脆性 Ti 2 Ni 相的形成，，，，，，，该高强韧钛合金的强度和塑性均优于上述 Ti-Cu 合金（表 4）。。。。。。。？？？？？？杉，，，，，，，设计新合金因素扩大凝固历程中固液前沿的因素过冷区是使增材制造钛合金获得细腻等轴晶的有用途径。。。。。。。

古板钛合金的激光增材成形性能较好，，，，，，，增材制造工艺较成熟。。。。。。。而增材制造手艺固有的凝固特点导致的钛合金微观组织调控难题，，，，，，，仍需从粉体因素方面着手解决。。。。。。。钛合金增强增韧要领是 SLM 成形钛合金的研究重点。。。。。。。

2.3.2 应用实例

海内外增材制造钛合金已普遍应用于多种飞机的重大构件及航空发念头零部件，，，，，，，具有显著的本钱和效率优势。。。。。。。王华明团队致力于增材制造手艺的研究，，，，，，，接纳钛合金乐成制造了海内尺寸最大、结构最重大的飞神秘害构件 [2] 。。。。。。。西北工业大学黄卫东团队接纳激光增材制造手艺乐成制造了 C919 大飞机用 Ti-6Al-4V 合金翼肋上下缘条，，，，，，，其静载强度及疲劳性能抵达了锻件水平 [79] 。。。。。。。中国航天科工 306 所将 SLM 手艺与异种钛合金（TA15 与 Ti2AlNb）过渡复合手艺相团结，，，，，，，接纳 SLM 成形手艺乐成制造了航空发念头复合质料燃烧室，，，，，，，战胜了古板铸件强度低、接口易断裂等问题，，，，，，，顺遂通过了力-热团结试验 [79] 。。。。。。。意大利 Avio 公司接纳电子束选区熔融成形手艺乐成制造了航空发念头钛合金低压涡轮叶片，，，，，，，800 ℃屈服强度达 480 MPa，，，，，，，具有优异的抗蠕变性能 [80] 。。。。。。。挪威 Norsk Titanium 公司开发了等离子电弧熔丝增材制造钛合金组件，，，，，，，通过了美国联邦航空局(Federal Aviation Administration, FAA)认证，，，，，，，已乐成应用于波音787 [79] 。。。。。。。

2.4 增材制造铝合金及其应用

铝合金是航空航天领域常用的轻金属。。。。。。。激光增材制造铝合金有难度，，，，，，，这与其特殊的物理性子（密度低、激光吸收率低、热导率高及易氧化等）有关 [81] 。。。。。。。铸造铝合金凝固温度规模较大，，，，，，，快速凝固时爆发的应力易导致开裂、变形 [82] 。。。。。。。铸造铝合金含有共晶元素（如 Si），，，，，，，凝固温度规模较小，，，，，，，因而热裂倾向小，，，，，，，成形性能好，，，，，，，因此铸造 Al-Si 系合金是研究最早且增材制造工艺最成熟的铝合金。。。。。。。现在，，，，，，，增材制造铝合金主要有 AlSi7Mg、AlSi10Mg、AlSi12 等，，，，，，，主要用于管路支架、壳体、框梁、网格结构、重大管道、薄壁件等。。。。。。。

2.4.1 微观组织与力学性能

在 SLM 非平衡快速凝固条件下，，，，，，，铸造 Al-Si 系合金（如 AlSi12 合金）显微组织为微细的富 Al 胞结构，，，，，，，剩余 Si 颗粒从晶界析出；；；；；热处置惩罚后，，，，，，，显微组织爆发一定水平的粗化，，，，，，，Si组元从晶胞中继续析出并形成 Si 颗粒 [83] 。。。。。。。SLM 成形的 AlSi10Mg 合金显微组织及演变纪律与 AlSi12 合金相似 [84] 。。。。。。。AlSi10Mg 合金在 SLM 成形历程中并不析出 Mg 2 Si 相 [85] ，，，，，，，直接低温时效后强度显著提高（表 5）。。。。。。。

激光增材制造工艺参数（如激光光斑尺寸、激光功率、扫描速率、扫描间距、铺粉厚度等）、成形偏向、成形件结构方法等均显著影响构件的成形质量、显微组织和力学性能。。。。。。。近年来，，，，，，，对 SLM 成形 AlSi10Mg 合金的工艺参数、显微组织和力学性能举行了系统研究，，，，，，，建设了成形工艺及热处置惩罚与显微组织和力学性能的相关性 [86-90] ，，，，，，，发明沉积态 AlSi10Mg 合金具有较高的剩余应力和显著的组织各向异性 [91-95] 。。。。。。。笔者团队进一步研究发明，，，，，，，沉积态 AlSi10Mg合金的拉伸性能各向异性主要与承载面熔池界面漫衍有关，，，，，，，遭受载荷的熔池界面越少强度和塑性越好 [96] 。。。。。。。别的，，，，，，，热处置惩罚能有用降低或消除剩余应力，，，，，，，弱化显微组织和力学性能的各向异性，，，，，，，但会造成组织粗化和强度降低（表 5） [97] 。。。。。。。

由于铸造铝合金极易开裂，，，，，，，难以通过增材制造获得需要的显微组织和力学性能，，，，，，，迫切希望通过优化化学因素和设计来解决这一难题。。。。。。。研究发明，，，，，，，添加 Zr、Sc、Ti 等元素可显著降低铸造铝合金增材制造历程中的开裂敏感性，，，，，，，增进细小等轴晶形成，，，，，，，提升铝合金的强度和塑性 [82,98-102] 。。。。。。。别的，，，，，，，将陶瓷颗粒与铝合金粉末匀称混淆后制备铝基复合质料也可获得优异的成形质量和细小的微观结构，，，，，，，并显著提高强度、硬度和耐磨性 [103-107] 。。。。。。。

现在，，，，，，，铝合金增材制造研究大多基于古板合金，，，，，，，新型铝合金开发也取得了一定希望 [9,108] 。。。。。。。虽然增材制造手艺奇异的快速熔化和快速凝固历程可获得异于古板工艺制备的质料的组织和均质化效果，，，，，，，但铝合金高裂纹倾向和柱状组织粗化的问题仍困扰和制约铝合金增材制造的研究与应用，，，，，，，完善增材制造铝合金的因素设计理论是亟待解决的问题。。。。。。。

2.4.2 应用实例

增材制造铝合金构件已在多种型号的飞机上应用。。。。。。。？？？？？？湛凸疚迪旨跚嶂柿亢退醵讨圃熘芷，，，，，，，接纳增材制造手艺将30个AlSi10Mg零件集成设计为1个零件，，，，，，，乐成制造了A350 XWB型机的笔直尾翼支架，，，，，，，还接纳 SLM 手艺制造了 A320 客机的 Al-Mg-Sc 轻量化仿生气舱隔离结构，，，，，，，抵达了减轻质量、降低本钱的目的 [112] 。。。。。。。2016 年，，，，，，，英国克兰菲尔德大学接纳电弧增材制造手艺乐成制造了长 6 m、质量 300 kg 的铝合金双面翼梁 [113] 。。。。。。。2020 年 4 月，，，，，，，美国 MELDManufacturing Corporation公司接纳其专有的MELD手艺(增材搅拌摩擦沉积)制备了直径1.4m 的铝合金部件，，，，，，，同年 8 月又乐成制备了直径 3.05 m 的圆环状铝合金结构 [114] 。。。。。。。海内相关的增材制造研究机构和企业也一直致力于铝合金构件的制备。。。。。。。首都航天机械有限公司、北京航星机械制造公司、华中科技大学平划分开展了航天领域用铝合金支座、舱段、框梁、网格等构件的试制和应用，，，，，，，并取得了阶段性效果 [115] 。。。。。。。

3、 竣事语

增材制造金属质料在航空航天领域具有辽阔的应用场景。。。。。。。增材制造铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金是现在航空航天领域普遍应用的质料，，，，，，，用于卫星、火箭、飞机、武器装备等，，，，，，，推动了增材制造金属质料市场的快速扩展。。。。。。。然而，，，，，，，现在航空航天领域普遍应用的增材制造合金粉末主要基于古板块体质料因素，，，，，，，适用于增材制造手艺的专用合金系统匮乏。。。。。。。亟须针对增材制造奇异的高冷却速率、温度梯度及非平衡热循环等特点开发兼具优异成形性和力学性能的增材制造专用合金粉末。。。。。。。？？？？？？⒃霾闹圃熳ㄓ煤辖鸱勰┙呛娇蘸教煊迷霾闹圃旖鹗糁柿系闹饕芯科。。。。。。。

增材制造手艺奇异的快速熔化及快速凝固历程可获得异于接纳古板工艺制备的质料的组织和均质化效果，，，，，，，但增材制造铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金往往保存开裂倾向大和形成柱状组织等问题，，，，，，，严重制约了增材制造手艺的推广应用。。。。。。。通过添加合金元素或者陶瓷颗粒等对增材制造金属举行改性，，，，，，，有望改善成形性，，，，，，，获得细腻显微组织。。。。。。。未来，，，，，，，为知足航空航天领域对在极其严苛情形中使用的增材制造金属构件的需求，，，，，，，应通过立异和生长铁基合金、镍基合金、钛合金和铝合金，，，，，，，并团结增材制造控形、控性手艺，，，，，，，实现质料?结构?性能一体化增材制造手艺的应用。。。。。。。

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