横向静磁场对激光熔化增材制造Al-12%Si合金凝固组织的影响

利用送粉式激光熔化3D打印工艺,研究了外加横向稳恒磁场对3D打印Al-12%Si合金构件凝固组织的影响。结果表明,在有/无横向稳恒磁场下,激光熔化单道薄壁试样的宏观凝固组织未发生明显改变,其主要以白亮带(以α-Al相为主)和灰暗区(以Al-Si共晶相为主)为基本单元叠加构成。而微观组织分析表明,无磁场时灰暗区内的初生α-Al相呈柱状枝晶形态,施加了0.35 T横向稳恒磁场后,试样灰暗区内的初生α-Al相全部转变为等轴枝晶形态,且枝晶臂发达。基于热电磁力及其Hartman无量纲数(用于表征稳恒磁场对金属熔体流动抑制作用的参数)估算分析表明,0.35 T稳恒磁场下,作用于初生α-Al枝晶上的热电磁力可达10~5N/m^3量级;Hartman数远大于10,表明激光熔化微小金属熔池中强烈的Marigoni以及热溶质对流一定程度上被抑制。分析认为,稳恒磁场下凝固组织灰暗区内α-Al相柱状枝晶向等轴枝晶的转变是固相中热电磁力(约10~5N/m^3)对枝晶的破碎作用导致,而等轴枝晶发达的枝晶臂则是横向稳恒磁场抑制熔体流动的结果。