第十三届全国表面工程大会暨第十二届全国青年表面工程论坛

沉积态Al-Mn-Sc合金的晶粒组织为外延生长的α-Al柱状晶。当工艺参数由低激光功率、低扫描速率改变为高激光功率、高扫描速率时，熔池凝固模式由传导模式转变为匙孔模式，熔池形貌由宽而浅转变为窄而深（深度/宽度由132 μm /346 μm =0.39增加至247 μm /325 μm =0.77），平均柱状晶宽度由37.2μm显著细化至4.4μm。对于传导模式，熔池内部温度梯度方向与沉积方向夹角较小，使得下层沿沉积方向生长的柱状晶可以快速淘汰其他方向生长的柱状晶而外延生长。然而，在匙孔模式下，一方面，熔池内部温度梯度方向与沉积方向夹角增大，使得不同取向的柱状晶在竞争生长过程中留存下来；另一方面，熔池冷却速率增大，形成显著细化的柱状晶组织。显著细化的合金组织有效促进了Al-Mn-Sc合金强度和韧性的同步提高：屈服强度由266 MPa提升至308 MPa，延伸率由10 %提升至17 %。此外，Sc原子倾向于在含Mn相表面富集，使得初生Al₃Sc相的形成被抑制，在后续熔覆层的热影响作用下，在Sc原子富集区域形成少量的次生Al₃Sc相。
本文以工艺参数调控为手段，通过改变熔池凝固模式影响合金组织，实现了Al-5Mn-0.6Sc合金强度和韧性的同步提升，为激光选区熔化原位组织和力学性能调控提供了可行的方法。

激光选区熔化；Al-Mn-Sc合金；凝固模式；组织；拉伸性能