01 Paper Einführung Die additive Fertigung mit Drahtlichtbogen (WAAM) von kostengünstigen Magnesiumlegierungen war lange Zeit durch unzureichende Festigkeit eingeschränkt, hauptsächlich aufgrund der Schwierigkeit, Spezialdrähte mit hohem Legierungsgehalt herzustellen. In dieser Studie wird eine laser{3}}unterstützte Dual-{4}Draht-WAAM (Laser-DWAAM) in--situ-Legierungsstrategie vorgeschlagen, mit der erfolgreich eine hochaushärtbare Mg-9Al-0,4Zn (AZ90)-Legierung hergestellt werden kann, indem ein AZ31-Hauptdraht auf Magnesium--Basis mit einem Hilfsdraht aus reinem Aluminium verschmolzen wird. Die optimierte AZ90-Legierung erreichte nach der Alterungsbehandlung eine Steigerung der Streckgrenze (YS) von etwa 80 MPa und erreichte letztendlich umfassende Eigenschaften von YS von mehr als oder gleich 185 MPa, einer Zugfestigkeit (UTS) von mehr als oder gleich 335 MPa und einer Dehnung (EL) von mehr als oder gleich 7 %, was den höchsten bisher bekannten Festigkeitsrekord für Magnesiumlegierungen der WAAM AZ-Serie darstellt. Der zentrale Verstärkungsmechanismus liegt in der Bildung von -Mg17Al12-Ausscheidungen mit hoher-Dichte und mehreren -Skalen, insbesondere solchen mit nicht-basalen Orientierungen (Winkel von ~35 Grad und 90 Grad zur Basisebene), die basale Versetzungsverschiebungen mit einer Effizienz festhalten können, die weitaus höher ist als die von basalen Ausscheidungen. Diese Arbeit eröffnet einen neuen Weg für die additive Fertigung von Magnesiumlegierungen mit hohem Legierungsgehalt.
02 Volltextübersicht Magnesiumlegierungen haben aufgrund ihrer geringen Dichte und hohen spezifischen Festigkeit eine bedeutende strategische Bedeutung im Luft- und Raumfahrtsektor. Die WAAM-Technologie gilt aufgrund ihrer hohen Abscheidungseffizienz und hervorragenden Sicherheit als bevorzugte Methode zur Herstellung großer und komplexer Magnesiumlegierungskomponenten. Aktuelle WAAM-Anwendungen konzentrieren sich jedoch hauptsächlich auf niedrig-legierte Magnesiumlegierungen wie Mg-3Al-1Zn (AZ31), deren Festigkeit für hohe -Leistungsanforderungen nicht ausreicht. Die Erhöhung des Aluminiumgehalts ist ein wirksames Mittel zur Verbesserung der Festigkeit, doch Legierungen mit hohem -Aluminiumgehalt weisen eine schlechte Plastizität auf, was die Herstellung qualifizierter Schweißdrähte erschwert. Um diesen Engpass beim Schweißdraht zu überwinden, wurde in dieser Studie eine laserunterstützte In-situ-Legierungstechnik mit Doppeldraht-Co--Schmelzen entwickelt, die die Herausforderung der Herstellung hochlegierter Schweißdrähte umging und die Herstellung einer AZ90-Legierung mit der Zielzusammensetzung durch präzise Steuerung des Schmelzbades erreichte.
Bimetallisches WAAM steht jedoch vor Herausforderungen: Unterschiede in den physikalischen Eigenschaften verschiedener Materialien (z. B. Schmelzpunkte) können zu einer instabilen Tröpfchenübertragung führen, was zu Defekten wie Inhomogenität der Zusammensetzung und Porosität führt. Diese Studie führt auf innovative Weise ein Laser-{1}Lichtbogen-Hybrid-Energiefeld ein, das darauf abzielt, den Tröpfchentransfer zu stabilisieren, die Schmelzbaddynamik zu verbessern, um die Homogenisierung der Zusammensetzung zu fördern und gleichzeitig die Defektbildung zu mildern. Durch systematische Experimente und die Analyse von Mikromechanismen wird in dieser Arbeit erfolgreich eine fehlerarme, hochgradig homogenisierte In-situ-Herstellung der AZ90-Legierung erreicht. Der Schwerpunkt liegt auf der Aufklärung der quantitativen Beziehung zwischen der Mikrostruktur nach der Alterungsverfestigung und den mechanischen Eigenschaften und bietet Schlüsseltechnologien und theoretische Leitlinien für die kontrollierbare Herstellung von hochleistungsfähigen WAAM-Magnesiumlegierungen.
Abbildung 3 zeigt den Vergleich der Makrostruktur und der inneren Qualität abgeschiedener Schichten unter laser-unterstützten und nicht-Laser-unterstützten Doppel-Draht-WAAM-Prozessen (Laser-DWAAM und Nicht-Laser DWAAM). Die nicht-laser-unterstützten Proben zeigten offensichtliche Vorsprünge am Anfang des Bogens, und optische Mikroaufnahmen des Querschnitts zeigten zahlreiche Poren entlang der Abscheidungsrichtung; Im Gegensatz dazu hatten die Laser-DWAAM-Proben eine gleichmäßige Wandstärke und fast keine sichtbaren Poren im Querschnitt. Dieser Unterschied verdeutlicht intuitiv den erheblichen Vorteil der Einführung von Lasersynergien: Die Laserunterstützung stabilisiert das Tröpfchenübertragungsverhalten deutlich und verbessert effektiv die Qualität und Gleichmäßigkeit der Abscheidung, wodurch eine Grundlage für die Herstellung von Hochleistungsmaterialien gelegt wird.
