横向稳恒磁场对激光熔化增材制造Al-12wt.%Si合金凝固组织的影响

摘要: 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105 N/m3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（~105 N/m3）的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。