F357铝合金3D打印零件新热处理工艺，Quintus实现增材零件无缺陷

F357 等铝合金材料因其低收缩率和窄凝固温度范围常被应用于增材制造结构件的制作上。这些材料可以作为一种可行的低价钛材替代品使用，尤其是在较大尺寸的零件上。然而，F357 的粉末床熔融 3D 打印可能会带来一些挑战，例如溶解气体（氢气或氩气）的存在会导致制件起泡和表面质量差。

2023年4月9日，南极熊获悉，在一项新研究中，来自Quintus Technologies、SLM Solutions和亚利桑那大学的研究人员发现，使用新型均匀快速淬火 (URQ)-热等静压（HIP） 技术可以使 F357 零件中观察不到任何缺陷，制件的极限强度和屈服强度均超过 MMPDS 铸件零件，且几何变形量更小。

在许多工业制造过程中，都会采用热等静压 (HIP)技术来降低金属零件的孔隙率。该工艺通过对熔炉中的装有密实粉末的包套、铸造或烧结部件施加高压 (100-200 MPa) 和 900-1250°C 的温度条件，来实现致密化，钢和高温合金是两种典型的材料。气压在所有方向上均匀作用炉内部件，以提供各向同性特性和 100% 致密化。

△F357 标准 320 毫米垂直测试杆构建

F357 HIP 工艺通常在500°C 以上的温度和 75-150 MPa 的氩气气压下进行。除了具有增加铝合金密度的好处外，还有降低孔隙率和整体增加疲劳、韧性和延展性的作用。在 HIP 工艺之后应用由固溶热处理和人工时效组成的标准 T6 回火热处理，以实现所需的机械性能，但是当在大气压下进行单独的 540°C 固溶热处理时，存在以下风险：在 HIP 循环中关闭的孔隙会在 T6 期间打开并变大。

由于铝晶格中氢或氩的低扩散率以及高温下合金变形的阻力较低，HIP后孔隙中残留的高压可能是由于T6回火导致的孔隙扩大。为避免起泡或 TIP，专门从事高压加工设备设计的公司 Quintus Technologies 开发了一种替代方法，可以替代标准 HIP 循环和固溶热处理这两个独立工艺。新型均匀快速淬火 (URQ) HIP 炉允许通过组合固溶热处理和 HIP 工艺进行 HPHT（高压热处理）。有了URQ系统，结合进行HIP和T6溶液热处理，可以在随后的时效过程中形成适当的沉淀硬化相，同时减少任何孔隙重开的机会。

亚利桑那大学、SLM Solutions 和 Quintus Technologies 开展了一项案例研究，以评估 HPHT 在 HIP-URQ 炉中对激光粉末床熔融（PBF-LB）高强度铝合金 F357 的应用效果。该研究评估了这种新型 HIP 方法后处理部件的密度、微观结构、机械性能和变形。实验设计材料由 SLM Solutions 使用气雾化 F357 粉末的 SLM 280 PBF-LB 3D 打印机打印。

△一个具有URQ功能的现代Quintus HIP QIH48热处理炉

结果表明，一种稳健的后处理方法可提供出色的拉伸性能，同时避免热引起的孔隙率和变形。该研究表明，使用 Quintus URQ 工艺后处理 F357 铝是制造高质量增材制造铝部件的一种很有前途的方法。HPHT 工艺提供的优势包括：

提供了与标准 HIP+T6 材料相当的抗拉强度和延展性；

降低组件的几何变形，即使是复杂的几何形状；

避免起泡并缩短整个过程的周期时间。

此外，研究人员正在进行其他工作以评估 URQ F357 的疲劳特性，并进一步探索优化这些组件的强度、延展性和可制造性的平衡。