摘要
Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金具有低密度、高比强度、耐腐蚀、环境污染小等优点，被广泛运用于航空航天、汽车船舶等领域。采用喷射成形技术可制备出晶粒细小、成分均匀的超细晶组织，较广泛应用于Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金生产。但受到设备与生产工艺的限制，只能进行尺寸较大且形状简单的坯料生产，难以直接成形零件。 本文创新尝试将电弧增材与喷射成形技术相结合，利用喷射成形的思路，以电弧增材制造方法为基础，设计出一种通过钨极氩弧为热源熔化高强铝合金丝材形成熔滴，熔滴经喷射后定向沉积直接成形零件的金属增材制造新方法。采用该方法并使用自制的Φ3mm7075铝合金丝材进行熔丝喷射增材实验，研究7075高强铝合金电弧熔丝喷射增材制造工艺过程与参数，主要研究内容与结果如下: （1）研究电弧熔丝喷射增材制造装置结构特性。结果表明:采用单层限制式环孔型雾化器（12孔，孔径3mm，单孔与轴心夹角9°），双焊枪呈30°角对称布置，钨针间距6mm，瓷嘴间距10mm，脉冲电流100A时，可实现稳定起弧、送丝与熔滴雾化沉积的功能。 （2）研究沉积层可成形的工艺窗口。结果表明:雾化气压范围为0.2MPa-0.5MPa,沉积高度为100mm-300mm时，可以实现熔滴雾化后的定向沉积，且伴随着雾化气压与沉积高度增大，成形试样分层数量增多，沉积层尺寸与孔隙率不断减小。 （3）研究工艺参数对电弧熔丝喷射增材制造成形试样组织与性能的影响。结果表明:随着雾化气压增大、沉积高度增加，组织细化明显。随着雾化气压升高，成形试样硬度随之增大，耐磨性与耐蚀性增强;随着沉积高度增加，成形试样硬度、耐磨与耐蚀性均呈现先增大后降低的规律。 （4）确定7075高强铝合金电弧熔丝喷射增材制造的最优工艺参数:雾化气压P=0.4MPa,沉积高度H=150mm。在此参数下成形的试样形貌良好，孔隙率为6.4％,组织为尺寸细小的等轴晶，合金元素分布均匀，硬度140HV,同时耐磨性与耐蚀性最佳。 综上所述，利用电弧熔丝喷射增材制造方法，在适当的工艺参数下可以制备得到晶粒细小且具有一定力学性能的7075铝合金增材件。证明本文设计的电弧熔丝喷射增材制造方法可用于Al-Zn-Mg-Cu系高强铝合金增材制造，且具有一定的研究与应用前景。
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