摘要
铝-铜合金具有高的比强度、比模量和良好的断裂韧性、抗疲劳、耐腐蚀等优异性能，是高科技产业发展的重要战略物资。铝合金电弧增材技术能够有效应对飞行器大型化、复杂化，并满足零部件不断减少而取而代之的整体化需求。然而增材过程中的气孔与组织不均匀等问题的存在限制增材构件的服役性能。在金属凝固过程引入细小的陶瓷颗粒，可以细化晶粒，提高强硬度，改善塑韧性，故本课题选用高熔点的TiB2颗粒并采用表面涂覆的方法在2319铝合金增材过程中引入TiB2，并通过对增材成形，组织以及性能的研究，旨在获得增材组织均匀化以及强塑性协同提高的增材构件。 本文首先研究了进行工艺试验以及正交试验对颗粒添加后工艺参数的探究，研究表明对接头成形影响程度的关系为：焊接电流＞焊接速度＞送丝速度；以影响程度最大的参数-焊接电流为单一变量进行单道多层增材，并对成形、组织、性能及气孔率的探究，确定最佳的颗粒添加电弧增材的工艺参数。 对添加微米/亚微米TiB2颗粒后的增材试样进行微观组织观察及力学性能测试。结果表明，熔池中的TiB2颗粒可以显著细化晶粒、抑制Cu元素在晶界偏析，削弱铝基体和θ-Al2Cu组织织构特性，促进亚微米级θ′相以及纳米级点状θ′′相的析出。同时添加TiB2颗粒能够显著提升增材构件的强度，颗粒添加后断口表面存在的大量气孔明显减少，呈条带状分布在层间位置，韧窝数量明显增加。相对而言，亚微米颗粒的晶粒细化、抑制偏析以及性能提升的效果相对较差。 最后探究了TiB2颗粒对沉积层凝固过程的影响，熔池中TiB2颗粒可以降低液态金属的凝固时间并被固-液界面推至晶界位置，TiB2颗粒能够作为有效的异质形核质点促进形核，获得较小的晶粒生长的过冷度并阻碍晶界迁移，细化晶粒；降低θ′第二相析出形核激活能，减小形核能垒，并且能够引入位错，产生晶格畸变管道使得溶质原子快速扩散，促进θ′第二相的析出与长大。最后结合现有的颗粒添加强化理论，阐明了2319铝合金电弧增材的强化机理，其中强化效果最佳的为沉淀强化机制。
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