張雙雷,王建宏,李曉峰,丁 芳,楊玉榮,閆 浩,張錦芳,劉 斌,白培康

(中北大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030051)

1 前 言

鋁合金具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能和耐腐蝕性能優(yōu)異等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化的首選材料，在航空航天、海洋工程和汽車制造等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值[1-3]。傳統(tǒng)鋁合金加工制造主要有鑄造和鍛造等手段，但隨著產(chǎn)品水平不斷提高，復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)鋁合金零件對(duì)制造技術(shù)有了更高要求，不僅要求其快速高效，而且還需具有隨設(shè)計(jì)變化而變化的快速響應(yīng)能力[4]。然而，傳統(tǒng)加工技術(shù)難以滿足以上要求，故開發(fā)新型鋁合金制造技術(shù)成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)之一。

選區(qū)激光熔化(selective laser melting，SLM)技術(shù)是目前金屬增材制造應(yīng)用最為廣泛的高精度成形技術(shù)之一，是通過(guò)激光熱能選擇性地熔化金屬粉末然后逐層精確成形[5]。理論上，SLM技術(shù)能成形任意復(fù)雜形狀，能解放航天器結(jié)構(gòu)工程師的設(shè)計(jì)理念，使其在輕量化、功能化、一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面拓展思路，大膽設(shè)計(jì)各種新概念結(jié)構(gòu)[6]。

目前,鋁合金SLM成形仍面臨較大挑戰(zhàn)：一方面，鋁合金的高熱導(dǎo)率、高反射率和低激光吸收率[7]，使其在SLM成形過(guò)程中激光能量極易沿著基板傳遞消耗，粉末未被完全熔化，且在固液轉(zhuǎn)變過(guò)程中成形件內(nèi)部出現(xiàn)明顯的收縮變形、積聚了較大的熱應(yīng)力，從而造成變形甚至開裂[8]；另一方面，SLM成形過(guò)程中能量的快速傳遞導(dǎo)致熔池溫度降低，熔體粘度增大、流動(dòng)性降低，難以有效潤(rùn)濕基體材料，致使成形件產(chǎn)生球化效應(yīng)及內(nèi)部孔隙、熱裂紋等缺陷[9]。此外，SLM技術(shù)特有的快速熔融冷卻和反復(fù)重熔，極易使成形件內(nèi)部產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力。綜上，SLM成形鋁合金的組織性能難以控制，是目前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

通過(guò)調(diào)研SLM成形鋁合金的研究進(jìn)展，本文總結(jié)了SLM成形鋁合金的主要缺陷類型，從工藝優(yōu)化和微合金化層面闡述了缺陷調(diào)控方法，期望為SLM成形鋁合金的研究及應(yīng)用提供一定的參考。

2 SLM成形鋁合金的主要缺陷類型

鋁合金在SLM成形過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種類型的缺陷，如熱裂紋、孔隙、殘余應(yīng)力、滾球、翹曲、金屬粉末飛濺和晶體織構(gòu)等[10-12]。結(jié)合目前研究現(xiàn)狀，排除相對(duì)易解決的缺陷類型，本文主要闡述鋁合金在SLM成形過(guò)程中面臨的主要挑戰(zhàn)：熱裂紋和孔隙。

2.1 熱裂紋形成機(jī)理

根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理，熱裂紋可分為凝固裂紋、液化裂紋、多邊化裂紋和失塑裂紋。鋁合金在SLM成形過(guò)程中產(chǎn)生的熱裂紋以凝固裂紋為主，由于鋁合金結(jié)晶溫度區(qū)間較寬，在熔池凝固最后階段，殘留液膜導(dǎo)致熱裂紋在糊狀區(qū)域中的晶體之間產(chǎn)生[13]。然而，液化裂紋的產(chǎn)生則歸因于可熱處理合金中存在低熔點(diǎn)的共晶相[14]，但這些共晶相會(huì)在熱循環(huán)的峰值溫度下重新熔化[15]。因此，在鋁合金SLM成形件中更多的是凝固裂紋。

SLM成形過(guò)程中，不均勻的熱分布導(dǎo)致凝固結(jié)構(gòu)的熱膨脹和收縮(圖1)[10]，造成了成形件內(nèi)部殘余應(yīng)力的聚集[16]。當(dāng)成形件內(nèi)部應(yīng)力超過(guò)其屈服強(qiáng)度時(shí)，則造成裂紋的形成或使成形件發(fā)生變形、破裂和脫層，故這種殘余應(yīng)力是SLM成形件中裂紋的主要形成機(jī)制[17]。

圖1 SLM成形鋁合金中的熱裂紋[10]Fig.1 Hot cracks generated in SLM-ed aluminum alloy[10]

2.2 孔隙形成機(jī)理

在SLM成形過(guò)程中，孔隙的產(chǎn)生機(jī)制有兩種：第一種是SLM成形工藝導(dǎo)致的，低激光能量密度下孔隙類型以鎖眼孔為主[18]，高激光能量密度下孔隙類型以冶金孔為主[19]。Aboulkhair等[20]在AlSi10Mg合金SLM成形時(shí)發(fā)現(xiàn)，冶金孔是高激光能量密度下元素蒸發(fā)、氣體逃逸和熔池捕獲氣體產(chǎn)生的；鎖眼孔是由金屬粉末快速凝固而沒(méi)有完全填充間隙所致，且其數(shù)量隨掃描速度的增加而增加。第二種是鋁合金粉末表面天然存在一層氧化膜，在SLM成形過(guò)程中，氧化膜的存在增加了激光穿透粉末表面的難度，降低了粉末固結(jié)，增加了熱裂紋、球化、孔隙等缺陷形成的概率。圖2顯示了鋁合金熔體在SLM成形過(guò)程中的馬蘭戈尼對(duì)流行為[21]。在馬蘭戈尼力作用下，攪拌破壞了熔池底部的氧化膜，將夾雜在氧化膜之間的未熔化金屬顆粒釋放出來(lái)，使其重新固結(jié)，但熔池邊界的氧化膜固化并捕獲了一些未燒結(jié)顆粒，從而形成了不規(guī)則的鎖眼孔。

圖2 SLM成形過(guò)程中，鋁合金熔池的馬蘭戈尼對(duì)流行為(a)和熔池中氧化物的破壞與固化(b)[21]Fig.2 Marangoni convection behavior (a), oxide disruption and solidification (b) in aluminum alloy melt pool during SLM forming process[21]

3 SLM成形鋁合金的缺陷調(diào)控方法

3.1 工藝優(yōu)化

SLM工藝參數(shù)主要包括激光功率、掃描速度、掃描間距、鋪粉厚度、加工氣氛等，這些參數(shù)對(duì)SLM成形件的微觀組織和性能有至關(guān)重要的影響，很多冶金缺陷(滾球、氣孔、熱裂紋等)皆可通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)來(lái)控制。

3.1.1 激光能量密度

激光功率是激光束單位時(shí)間內(nèi)所釋放的能量，掃描速度是激光束掃描移動(dòng)的快慢。在研究激光功率和掃描速度對(duì)SLM成形件組織和性能的影響時(shí)，通常用“激光能量密度”進(jìn)行表示，即單位體積內(nèi)激光束提供的能量。Zhang等[22]通過(guò)SLM技術(shù)成形Al-Cu-Mg合金時(shí)發(fā)現(xiàn)了激光能量密度與合金組織性能的關(guān)系，即合金的相對(duì)密度隨激光能量密度的增加而增加。當(dāng)激光能量密度為340 J/mm3時(shí)，成功制備的Al-4.24Cu-1.97Mg-0.56Mn成形件密度達(dá)到了99.5%，且具有良好的力學(xué)性能(極限抗拉強(qiáng)度為393 MPa，屈服強(qiáng)度為253 MPa)。Bi等[23]系統(tǒng)研究了激光能量密度對(duì)Al-5.8Zn-2.5Mg-0.4Sc-0.25Zr合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。隨著激光能量密度的增加，合金致密度先增加后降低，當(dāng)激光能量密度為72.9 J/mm3時(shí)，制備的合金致密度最大(99.2%)。此時(shí)，在合金中未形成熱裂紋，其晶粒尺寸相較于低能量密度下獲得的晶粒尺寸顯著減小。當(dāng)激光能量密度太小時(shí)，合金粉末吸收能量不足，粉末未完全熔化，凝固后期未熔化粉末抵抗收縮產(chǎn)生了大的空腔裂紋；而當(dāng)激光能量密度太高時(shí)，則會(huì)引起金屬粉末氣化，易形成孔洞。

在SLM成形過(guò)程中，熔池的熔化模式對(duì)成形件的組織形貌影響巨大[24]。Qi等[24]研究了不同熔化模式對(duì)SLM成形7075鋁合金的影響。隨著掃描速度的增加，熔池的熔化模式依次由鎖孔模式(圖3a)、過(guò)渡模式(圖3b和3c)轉(zhuǎn)變?yōu)閭鲗?dǎo)模式(圖3d)。鎖孔模式下獲得的晶粒小且不規(guī)則，阻礙了裂紋的形成與擴(kuò)展，故在該模式下合金的裂紋敏感性最低、熱裂紋最少。

圖3 不同掃描速度下SLM成形7075鋁合金的熔池形狀的演變[24]：(a)100 mm·s-1，(b)250 mm·s-1，(c)850 mm·s-1，(d)900 mm·s-1Fig.3 Evolution of melt pool shape for SLM-ed Al7075 alloy at different scanning speeds[24]: (a) 100 mm·s-1, (b) 250 mm·s-1, (c) 850 mm·s-1, (d) 900 mm·s-1

3.1.2 鋪粉厚度

鋪粉厚度的選擇受粉末平均粒徑和燒結(jié)過(guò)程中收縮情況的影響[25]。Aboulkhair等[26]研究了鋪粉厚度對(duì)SLM成形AlSi10Mg合金微觀組織和力學(xué)性能的影響。當(dāng)鋪粉厚度過(guò)大時(shí)，激光能量無(wú)法穿透粉末床，粉末底部不能完全熔化，層與層之間發(fā)生脫節(jié)，從而導(dǎo)致成形件的冶金結(jié)合變差、孔隙增多；而當(dāng)鋪粉厚度過(guò)小時(shí)，切片層過(guò)多，影響加工效率的同時(shí)使單位體積粉末床能量過(guò)高，熔池活躍，易產(chǎn)生球化現(xiàn)象。因此，適當(dāng)?shù)匿伔酆穸刃铦M足兩個(gè)條件：形成連續(xù)單道和相鄰層間冶金結(jié)合良好，通常選擇30～60 μm的鋪粉厚度較為合適。

3.1.3 掃描策略與掃描間距

SLM技術(shù)特有的快速熔融冷卻使得鋁合金成形件內(nèi)部產(chǎn)生極大的殘余應(yīng)力，當(dāng)殘余應(yīng)力超過(guò)材料屈服強(qiáng)度時(shí)，易在材料內(nèi)部形成熱裂紋。改變掃描策略可極大減少殘余應(yīng)力的積聚，從而抑制熱裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)還可以對(duì)成形件的微觀組織進(jìn)行調(diào)控。Suryawanshi等[27]在Al-12Si合金SLM成形時(shí)發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)掃描方向可以減少重新熔化的區(qū)域，有助于保留初次凝固熔池中形成的隨機(jī)取向等軸晶粒結(jié)構(gòu)，減少殘余內(nèi)應(yīng)力的疊加，避免熱裂紋產(chǎn)生。Thijs等[28]使用雙次高掃描速度策略制備了具有極細(xì)微結(jié)構(gòu)和可控織構(gòu)的AlSi10Mg成形件，其相對(duì)密度達(dá)99.5%。Aboulkhair等[20]通過(guò)改變掃描策略大大降低了SLM成形AlSi10Mg合金的孔隙率。不同掃描策略和掃描速度組合下制備的AlSi10Mg成形件的微觀形貌如圖4所示。當(dāng)掃描速度為500 mm/s時(shí)，采用預(yù)燒結(jié)掃描策略制備的AlSi10Mg成形件的孔隙率最低，相對(duì)密度達(dá)到99.82%，其孔隙率較未預(yù)燒結(jié)試樣降低了90%。在SLM成形過(guò)程中，AlSi10Mg合金的孔隙率隨掃描間距的增加而增加。當(dāng)掃描間距過(guò)小時(shí)，粉末被反復(fù)重熔，冶金孔出現(xiàn)的概率增加；當(dāng)掃描間距過(guò)大時(shí)，熔道之間沒(méi)有重疊而形成間隙。為獲得合理的熔池搭接，掃描間距應(yīng)低于光斑直徑，合理范圍為70～110 μm。

圖4 不同掃描策略和掃描速度組合下制備的AlSi10Mg合金的微觀形貌[20]Fig.4 Microstructures of AlSi10Mg alloys prepared under different scan strategies and scan speeds[20]

3.1.4 加工氣氛

鋁合金極易氧化，激光熔化鋁合金顆粒時(shí)會(huì)在其表面形成氧化膜，使熔融鋁合金表面鈍化，增加激光穿透粉末表面的難度，引起熱裂紋、球化、孔隙等缺陷的產(chǎn)生，從而降低成形件的力學(xué)性能。Liu等[29]在Al-12Si合金SLM成形過(guò)程中，使用Ar作為保護(hù)氣氛，制得的成形件表面質(zhì)量最高、缺陷較少，N2、He保護(hù)氣氛下制得的成形件次之。Dai等[30]通過(guò)數(shù)值模擬研究了AlSi10Mg合金SLM成形過(guò)程中保護(hù)氣氛對(duì)熔池冶金行為和表面形態(tài)的影響，圖5顯示了在He、Ar和N2保護(hù)氣氛下金屬粉末蒸發(fā)速度場(chǎng)對(duì)熔池表面形態(tài)的影響結(jié)果。當(dāng)He作為保護(hù)氣氛時(shí)，熔池表面形成了不均勻反沖力，導(dǎo)致熔池表面形態(tài)較差，從而在堆積過(guò)程中形成孔隙，如圖5a所示；當(dāng)Ar作為保護(hù)氣氛時(shí)，材料蒸發(fā)矢量方向朝上，在熔池表面施加了均勻反沖壓力，故熔池表面細(xì)而平坦，如圖5b所示；N2氣氛有益于AlN的形成[31]，當(dāng)N2作為保護(hù)氣氛時(shí)，熔池在材料蒸發(fā)矢量方向受到了AlN的阻擋，從而形成了不均勻的山丘型表面形態(tài)(圖5c)。

圖5 在不同加工氣氛中AlSi10Mg合金粉末蒸發(fā)速度場(chǎng)對(duì)熔池表面形態(tài)的影響機(jī)制示意圖[30]：(a)He，(b)Ar，(c)N2Fig.5 Schematics of effect mechanisms of the vaporization velocity field to AlSi10Mg alloy powder on the surface morphology of melt pool[30]: (a) He, (b) Ar, (c) N2

總體而言，SLM技術(shù)特有的快速熔融冷卻產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是工藝層面缺陷產(chǎn)生的主要原因，因此減少殘余應(yīng)力積聚是調(diào)控缺陷的手段之一。適當(dāng)?shù)募す饽芰棵芏?、掃描策略、鋪粉厚度和掃描間距均可降低殘余應(yīng)力的聚集，此外也可通過(guò)基板預(yù)熱降低殘余應(yīng)力的聚集，從而降低成形件缺陷的形成。然而，僅靠工藝參數(shù)優(yōu)化是難以達(dá)到完全消除缺陷的目的，還需要借助微合金化等手段進(jìn)行調(diào)控。

3.2 微合金化

部分牌號(hào)鋁合金具有寬的結(jié)晶溫度區(qū)間，故其會(huì)因被困在蜂窩狀或樹突狀晶粒之間的熔體的凝固收縮產(chǎn)生空腔和熱裂紋。通過(guò)添加合金元素進(jìn)行微合金化以降低鋁合金結(jié)晶溫度區(qū)間寬度并細(xì)化晶粒是調(diào)控缺陷的重要方法。Martin等[32]提出在激光增材制造過(guò)程中添加Sc、Zr、TiB2、TiC等異質(zhì)形核納米顆粒，可以細(xì)化晶粒、避免熱裂紋的形成。隨著晶粒細(xì)化劑的添加，晶粒發(fā)生了從柱狀晶到等軸晶的轉(zhuǎn)變，等軸晶的出現(xiàn)增加了單位體積內(nèi)的晶界密度，有效阻擋了熱裂紋的擴(kuò)展，同時(shí)增加了液相回填熱裂紋的通道[33]。

3.2.1 鋁硅合金

鋁硅合金微合金化以添加陶瓷相顆粒增強(qiáng)鋁基體為主。陶瓷顆?？杉?xì)化晶粒、阻礙熱裂紋擴(kuò)展、改善基體潤(rùn)濕性，從而提高熔體的流動(dòng)性、降低成形件的孔隙率。Xi等[34]通過(guò)將TiB2顆粒添加到Al-12Si合金粉末中，消除了SLM成形件特有的晶體織構(gòu)，形成了由隨機(jī)取向的細(xì)等軸晶粒組成的微觀組織，改善了成形件性能各向異性的缺陷。Gu等[35]采用SLM工藝制備了TiC/AlSi10Mg復(fù)合材料，規(guī)則分布的環(huán)形結(jié)構(gòu)納米TiC增強(qiáng)材料產(chǎn)生了晶粒細(xì)化和晶界強(qiáng)化作用。Dai等[36]采用SLM工藝制備了AlN/AlSi10Mg復(fù)合材料，納米AlN陶瓷顆粒的添加起到了成核位點(diǎn)的作用，促進(jìn)形核并使晶粒細(xì)化。Gao等[37]采用超聲振動(dòng)彌散技術(shù)成功制備出TiN/AlSi10Mg復(fù)合粉末。與AlSi10Mg合金粉末相比，TiN/AlSi10Mg復(fù)合粉末的激光反射率從62%降低至25%(圖6)，且AlSi10Mg粉末在100 W的低激光功率下可與均勻分布的納米TiN增強(qiáng)顆粒形成良好的結(jié)合界面。

圖6 不同合金粉末的激光反射率[37]Fig.6 Laser reflectivity of different alloy powders[37]

3.2.2 鋁銅合金

2000系鋁合金具有室溫/高溫力學(xué)性能優(yōu)異、切削加工性能好、耐熱性高等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)晶溫度區(qū)間較寬、熱裂紋敏感性較高，在SLM成形過(guò)程中易出現(xiàn)熱裂，因此研究者對(duì)其微合金化展開了研究。Wang等[38]采用SLM工藝成功制備了近致密的TiB2/Al-3.5Cu-1.5Mg-1Si合金，如圖7所示，TiB2的加入使Al-Cu-Mg-Si合金的晶粒尺寸由(23.0±1.0)下降至(2.5±0.1)μm，晶界密度增加，可有效阻礙熱裂紋的擴(kuò)展。

圖7 Al-Cu-Mg-Si合金(a)和TiB2/Al-Cu-Mg-Si復(fù)合材料(b)的電子背散射衍射(EBSD)照片(紅色區(qū)域?yàn)棣?Al相，綠色區(qū)域?yàn)門iB2相)[38]Fig.7 EBSD images of Al-Cu-Mg-Si alloy (a) and TiB2/Al-Cu-Mg-Si composite (b) (red areas and green areas representing α-Al phases and TiB2 phases, respectively)[38]

Zhang等[39]在Al-4.24Cu-1.97Mg合金中添加Zr元素后對(duì)其進(jìn)行SLM成形，制備的Al-Cu-Mg和Zr/Al-Cu-Mg合金的橫截面微觀形貌如圖8所示。Zr元素添加后，熱裂紋明顯減少，這是由于原位合成的Al3Zr成核位點(diǎn)顯著細(xì)化了α-Al基體，降低了合金的熱裂傾向；此外，Zr元素是一種表面活性元素，可降低固液界面能和表面張力，有助于熔融金屬的擴(kuò)散。

圖8 采用SLM工藝制備的Al-Cu-Mg和Zr/Al-Cu-Mg樣品在不同掃描速度下的光學(xué)顯微鏡(OM)照片[39]Fig.8 OM images of SLM-ed Al-Cu-Mg and Zr/Al-Cu-Mg samples at different scan speeds[39]

3.2.3 鋁鎂合金及鋁鋅鎂合金

鋁鎂合金和鋁鋅鎂合金同樣也具有寬的結(jié)晶溫度區(qū)間和高的淬火敏感性，為降低其在SLM成形過(guò)程中產(chǎn)生缺陷的傾向，需要通過(guò)微合金化對(duì)其進(jìn)行調(diào)控。Li等[40]發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有Si元素的情況下鋁合金易產(chǎn)生熱裂紋，故開發(fā)了一種含Si元素的Al-Mg-xSi-Sc-Zr合金。當(dāng)在Al-6Mg-0.2Sc-0.1Zr合金中添加1.3%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)的Si元素時(shí)，可有效抑制合金在SLM成形過(guò)程中熱裂紋的產(chǎn)生，這是由于Si元素在Al基體中形成了Al-Mg2Si共晶，而共晶反應(yīng)的發(fā)生有助于降低鋁鎂合金在凝固過(guò)程發(fā)生熱裂的概率。

Bi等[23]設(shè)計(jì)了經(jīng)Sc元素和Zr元素改性的7075鋁合金。在高激光能量密度下，SLM成形的Al-5.8Zn-2.5Mg-0.4Sc-0.25Zr合金內(nèi)部未形成熱裂紋。當(dāng)激光能量密度為345 J/mm3時(shí)，合金的平均晶粒尺寸為2.6 μm，抗拉強(qiáng)度達(dá)到621 MPa。同樣，Casati等[41]在研究的Al-6.8Zn-6.5Si-2Mg-1.3Cu合金中發(fā)現(xiàn)，Si元素的添加顯著減少或抑制了合金在SLM成形過(guò)程中熱裂紋的產(chǎn)生。圖9顯示了不同Si含量的Al-6.8Zn-xSi-2Mg-1.3Cu合金平行于構(gòu)建方向的橫截面顯微照片。當(dāng)Si含量為6.5%時(shí)，合金組織致密、缺陷大大減少，相對(duì)密度達(dá)到99.8%。Si元素的添加使得鋁鋅鎂合金在凝固最后階段形成了共晶成分，降低了合金的結(jié)晶溫度區(qū)間寬度，改善了晶間區(qū)域的液相回填，減少了熱裂紋和孔隙的產(chǎn)生。因此，將Si元素用于SLM成形鋁合金微合金化值得更加深入的研究。

圖9 Al-6.8Zn-xSi-2Mg-1.3Cu合金平行于構(gòu)建方向的截面顯微照片[41]：(a)3%Si，(b)4.5%Si，(c)6.5%SiFig.9 Section micrographs of Al-6.8Zn-xSi-2Mg-1.3Cu alloys parallel to the building direction[41]: (a) 3wt%Si, (b) 4.5wt%Si, (c) 6.5wt%Si

4 結(jié) 語(yǔ)

目前，SLM成形鋁合金的主要缺陷是熱裂紋和孔隙，針對(duì)此類缺陷的調(diào)控手段主要圍繞工藝優(yōu)化與微合金化展開，這兩個(gè)方面的研究取得了一定的成果：

(1)工藝優(yōu)化：采用合適的激光能量密度確保粉末完全熔化；掃描間距應(yīng)略低于光斑直徑以獲得合理的熔池搭接；鋪粉厚度應(yīng)略高于粉末平均粒徑以確保相鄰層冶金結(jié)合；以Ar作為保護(hù)氣氛防止鋁合金粉末氧化；采用預(yù)燒結(jié)和基板預(yù)熱手段降低成形件的殘余應(yīng)力聚集。

(2)微合金化：鋁硅合金的微合金化以添加陶瓷顆粒增強(qiáng)相為主，以實(shí)現(xiàn)晶粒細(xì)化、孔隙率降低，從而提高鋁硅合金的力學(xué)性能；鋁銅合金、鋁鎂合金和鋁鋅鎂合金目前主要是通過(guò)添加TiC、TiB2、Zr、Sc等促進(jìn)形核、細(xì)化晶粒，從而形成高抗裂合金體系。此外，Si，Zr等表面活性元素的添加，有助于降低熔體表面張力，提高熔池流動(dòng)性，增加液相回填熱裂紋和孔隙的通道。

隨著航天航空、兵器工業(yè)領(lǐng)域?qū)ξ淦餮b備性能和機(jī)動(dòng)性要求的日益提高，以及為滿足保障部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力提出的即時(shí)制造、即時(shí)修復(fù)和即時(shí)更換的思想，高比強(qiáng)度、高比剛度及輕量化材料是研究人員共同追求的目標(biāo)。目前，眾多研究者對(duì)于鋁合金SLM成形進(jìn)行了大量研究，然而對(duì)SLM成形鋁合金的材料、工藝及理論的研究，尚有很多未獲得本質(zhì)突破。為了實(shí)現(xiàn)SLM成形鋁合金工程化應(yīng)用，未來(lái)研究可從以下幾方面開展：

(1)通過(guò)工藝優(yōu)化能夠極大減少鋁合金SLM成形過(guò)程中缺陷的形成，但仍有很多牌號(hào)鋁合金的缺陷難以徹底消除且調(diào)控不穩(wěn)定，如2000系和7000系等。究其原因，SLM工藝的定性研究并不能解決所有鋁合金成形的問(wèn)題，因此未來(lái)需要深入定量研究SLM成形過(guò)程中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，包括非平衡熔池凝固行為對(duì)熱裂紋的影響機(jī)制、SLM技術(shù)顯微組織調(diào)控機(jī)制、激光成形內(nèi)應(yīng)力演化與缺陷之間的關(guān)系。

(2)通過(guò)添加細(xì)化劑和異質(zhì)形核元素等微合金化手段，可大幅度降低鋁合金SLM成形過(guò)程中的孔隙率和熱裂傾向。但是，由此導(dǎo)致的合金原始成分的改變對(duì)鋁合金疲勞性能、耐腐蝕性能和高溫性能等的影響尚未可知。因此，未來(lái)需要重視粉體材料對(duì)改善SLM成形鋁合金成形性能的物質(zhì)基礎(chǔ)作用，深入定量研究微合金化粉末對(duì)SLM成形鋁合金性能的影響機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)SLM定制化鋁合金粉末的專業(yè)化和系列化。

(3)目前，SLM成形鋁合金的缺陷僅憑工藝優(yōu)化或者微合金化都不能完美消除，因此“粉體設(shè)計(jì)制備—SLM工藝—后處理工藝”一體化研究是實(shí)現(xiàn)高性能復(fù)雜鋁合金零部件SLM制造的主要路線。