F357等鋁合金材料憑借其較低的收縮率和較窄的凝固溫度區(qū)間，在增材制造結(jié)構(gòu)件領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這類材料可作為鈦合金的經(jīng)濟(jì)型替代方案，尤其適用于大尺寸零部件的制造。然而，F(xiàn)357的粉末床熔融增材制造工藝常面臨挑戰(zhàn)——?dú)埩魵怏w（如氫氣或氬氣）易導(dǎo)致制件起泡及表面質(zhì)量下降。

    近期，QuintusTechnologies、SLMSolutions與亞利桑那大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，采用新型均勻快速淬火（URQ）結(jié)合熱等靜壓（HIP）的復(fù)合工藝，可使F357零部件實(shí)現(xiàn)零缺陷制造，其極限抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度均超越MMPDS鑄件標(biāo)準(zhǔn)，且?guī)缀巫冃瘟匡@著降低。

    熱等靜壓（HIP）技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用背景

    熱等靜壓（HIP）技術(shù)廣泛應(yīng)用于工業(yè)制造領(lǐng)域，用于降低金屬零部件的孔隙率。該工藝通過向熔爐內(nèi)密實(shí)的粉末包套、鑄造件或燒結(jié)件施加100-200兆帕的高壓及900-1250℃的高溫，實(shí)現(xiàn)材料致密化處理。鋼鐵與高溫合金是該技術(shù)的典型應(yīng)用材料。氣壓在爐內(nèi)均勻作用，賦予零部件各向同性特性并達(dá)成100%致密化效果。

    F357鋁合金HIP工藝的特殊性

    針對(duì)F357鋁合金的HIP處理通常在500℃以上溫度及75-150兆帕的氬氣環(huán)境下進(jìn)行。除提升鋁合金密度外，該工藝還可降低孔隙率，并同步增強(qiáng)材料的疲勞性能、韌性及延展性。常規(guī)流程中，HIP處理后會(huì)進(jìn)行包含固溶熱處理與人工時(shí)效的T6回火工藝，以獲取所需機(jī)械性能。但若在常壓下單獨(dú)實(shí)施540℃固溶熱處理，存在HIP循環(huán)中閉合的孔隙在T6階段重新擴(kuò)張的風(fēng)險(xiǎn)。

    由于鋁晶格對(duì)氫或氬的低擴(kuò)散率，以及高溫下合金變形阻力較低，HIP后孔隙內(nèi)殘留的高壓可能導(dǎo)致T6回火過程中孔隙擴(kuò)大。為解決這一問題，專注于高壓設(shè)備設(shè)計(jì)的QuintusTechnologies開發(fā)了替代方案，將標(biāo)準(zhǔn)HIP循環(huán)與固溶熱處理整合為單一工藝。其新型URQ-HIP爐通過高壓熱處理（HPHT）技術(shù)，同步完成HIP致密化與固溶熱處理，在后續(xù)時(shí)效過程中形成適當(dāng)?shù)某恋碛不?，同時(shí)大幅降低孔隙重開的可能性。

    案例研究：URQ-HIP工藝在F357鋁合金中的應(yīng)用驗(yàn)證

    亞利桑那大學(xué)、SLMSolutions與QuintusTechnologies聯(lián)合開展案例研究，評(píng)估URQ-HIP爐在激光粉末床熔融（PBF-LB）工藝制備的高強(qiáng)度F357鋁合金后處理中的效果。研究聚焦部件密度、微觀結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能及變形控制。實(shí)驗(yàn)材料由SLMSolutions采用氣霧化F357粉末，通過SLM280激光粉末床熔融設(shè)備制備。

    研究結(jié)論

    結(jié)果表明，該后處理工藝可實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的抗拉性能，同時(shí)有效抑制熱處理過程中的孔隙擴(kuò)張及部件變形。研究證實(shí)，采用QuintusURQ工藝處理F357鋁制增材制造部件，是生產(chǎn)高質(zhì)量鋁制構(gòu)件極具潛力的解決方案。