采用搅拌摩擦辅助激光定向能量沉积方法制备了AlSi10Mg合金块体，采用后续冷轧处理进一步提高了AlSi10Mg合金的强度，系统讨论了AlSi10Mg合金在加工过程中的组织演化，分析了其强韧性的演变机理。研究结果表明：在激光沉积态AlSi10Mg合金中，Si原子的固溶强化效果非常显著，合金的硬度高达109 HV，受气孔缺陷影响，激光沉积AlSi10Mg合金的强度低于200 MPa。搅拌摩擦加工可以细化激光沉积AlSi10Mg合金的柱状α-Al相和共晶相，形成等轴的α-Al晶粒和Si颗粒，α-Al基体中的Si原子脱溶析出，其硬度降低至75 HV，强度接近200 MPa，延伸率最高达到40%。轧制后，AlSi10Mg合金中的位错密度大幅增加，当变形量增加到68%时，AlSi10Mg合金α-Al晶粒被剧烈细化，合金的硬度被提高至116 HV，其强度可超过400 MPa，合金中的局部硬化区域导致其塑性变形能力下降，延伸率逐渐降低至25%。

激光选区熔化（SLM）过程工艺参数会直接影响熔道成形形貌及微观结构，从而影响成形结构的力学性能。针对AlSi10Mg合金在SLM成形过程中产生的缺陷，笔者采用试验方法研究了激光功率、扫描速度等成形参数对AlSi10Mg合金单、双熔道成形形貌的影响，并结合离散元-流体体积（DEM-VOF）法建立了介观尺度下SLM成形过程粉末床数值模拟模型，对低功率下熔道成形缺陷的成因进行研究。结果发现：激光线能量密度不足（线能量密度低于200 J/m）以及AlSi10Mg的易氧化性会严重影响熔道的连续性；在低扫描速率（200 mm/s）、高线能量密度（500 J/m）成形窗口下，熔池的连续性及表面平整度因受蒸气反冲压力的作用而降低，同时形成了深度可达100 μm的匙孔，影响了熔道形貌，并产生了孔隙缺陷。由数值模拟结果可知，提高预热温度至500 K可以降低粉末熔化所需的激光线能量密度，从而改善低功率下的熔道不连续现象。

某甲烷泵壳体采用AlSi10Mg合金粉末选择性激光熔化成形, 即3D打印(three dimension printing)快速成形技术, 但在成形后发现有贯穿轮廓的层间裂纹。通过采用光谱仪及电感耦合等离子体ICP检测材料化学成分、万能试验机检测力学性能、体视显微镜分析裂纹宏观形貌、场发射扫描电镜分析断口微观形貌、材料显微镜检测裂纹处及成形件基体的金相组织, 结果表明, AlSi10Mg甲烷泵壳体激光成形件内腔表面裂纹实际为该铝合金壳体激光成形时的层间未熔合缺陷。其原因是激光振荡器不稳定导致功率过低和激光扫描速度过快。

为了研究选区激光熔化（SLM）工艺参数对AlSi10Mg成形性能的影响，在不同激光功率下成形了AlSi10Mg试样，采用扫描电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机、纳米压痕仪表征了AlSi10Mg试样的熔覆道、缺陷、相组成、组织、力学性能、断口形貌等。结果表明，在350 W激光功率下成形试样的致密度最大（为99.3%），孔洞缺陷最少，熔覆道搭接效果最好，细晶区的晶粒最细小，试样的综合力学性能最好：显微硬度为2.338 GPa，抗拉强度为371.9 MPa，延伸率为12.67%。

采用激光选区熔化技术制备了AlSi10Mg合金,研究了退火态合金的显微组织和不同开口方向紧凑拉伸试样的断裂韧性,分析了合金显微组织对断裂韧性的影响。结果表明:退火态合金中仍存在明显的组织各向异性,不同开口方向试样的断裂韧性出现差异;X-Y与Y-Z开口方向试样的断裂韧性相当,其J积分值和裂纹尖端张开位移分别约为430 kJ/m ²和0.8 mm,而Z-Y开口方向试样的仅约为250 kJ/m ²和0.47 mm。由于熔池边界附近的组织相对粗大,小角度晶界比例较高,故Z-Y开口方向试样的裂纹倾向于沿熔池边界扩展,导致断裂韧性较低;而熔池内部组织相对细小,大角度晶界比例较高,因此X-Y与Y-Z开口方向试样在裂纹穿过熔池内部扩展时表现出的断裂韧性更好。

采用激光技术在2 mm光斑尺寸下制备了不同Sc含量的AlSi10Mg合金,采用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计和电子万能材料试验机等,研究了Sc含量对AlSi10Mg合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:合金组织主要为α-Al相和Si相;随着Sc的质量分数由0增加至0.2%,AlSi10Mg合金组织中的α-Al枝晶细化,并逐渐向等轴晶转变,而Si相则由纤维状向颗粒状变化,合金的致密性、力学性能和热稳定性均显著提高;当Sc的质量分数为0.2%时,合金的致密度约为98.39%,合金中出现的稀土相主要为Al3Sc,合金的显微硬度、规定塑性压缩强度Rpc0.2和形变量为25%时的抗压强度均达到最大值,相对于未添加Sc时分别提高了19.4%、23.1%、17.5%;当Sc的质量分数超过0.2%后,晶粒出现粗化现象,Sc对合金性能的优化作用减弱。激光熔化具有高能、快冷等特点,与传统工艺相比,采用激光熔化技术制备的合金的微观组织更细小,力学性能更好。稀土Sc和固溶强化的联合作用进一步提高了合金的力学性能。由于实验中的光斑尺寸偏大,因此合金的力学性能低于微米级别光斑尺寸下制备的合金。

为研究基材冷却状态对激光沉积成形AlSi10Mg合金质量和性能的影响,在不同冷却条件下沉积成形AlSi10Mg合金试样。利用温度测量系统、金相显微镜、扫描电镜、万能材料试验机对成形过程中温度演变和成形后试样宏观形貌、组织状态、拉伸性能等进行分析。结果表明:合理的基体冷却温度会使沉积效率提升,缺陷率降低;改变冷却条件可以使沉积层组织发生显著变化,内部的枝晶间距明显减小。优化冷却条件后沉积试样的屈服强度和抗拉强度较无冷却条件下的分别提升了约4%和7%,其断裂方式均为韧性断裂。

AlSi10Mg合金具有良好的气密性，较好的流动性，热裂倾向小，收缩率小，强度高等优点，在汽车、航空航天等领域被广泛应用。随着零部件轻量化的需求增大，铝合金零件的结构和形状也愈发复杂，传统铸造技术已经无法满足市场需求。鉴于此，研究采用激光选区熔化技术快速凝固成形AlSi10Mg合金。利用激光选区熔化技术制备AlSi10Mg合金，主要分析了激光选区熔化后和不同温度时效处理后合金的显微组织、物相构成以及力学性能的变化。试验结果表明，激光选区熔化AlSi10Mg合金显微组织由基体区和热影响区组成，不同层之间的熔池呈椭圆形叠加分布，熔池宽约为250～300 μm，深为100～200 μm。时效处理后，由于Si原子的扩散，枝晶状态的共晶硅完全转变为颗粒状，且随着时效温度的升高，共晶硅的平均尺寸增加。时效处理前后，合金的物相均由Al基体相和Si相组成，但是时效后，由于过饱和Al(Si)固溶体的Si原子的析出，Al相的峰值向左偏移。激光选区熔化后合金具有最高的硬度值，时效处理后，硬度值急剧下降。随时时效温度的升高，硬度值降低。激光选区熔化技术能够有效细化AlSi10Mg合金的微观组织，并能显著提高合金的力学性能。

为提高AlSi10Mg合金激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形致密度, 利用田口方法对影响致密度的主要因子(激光功率、扫描速度和扫描间距)进行优化研究, 结合孔隙形成原因和金相形貌, 从能量输入的角度分析各个因子对致密度的影响规律。引入能量密度模型, 综合表征能量输入与致密度之间的作用关系。结果表明, 三个因子对铝合金SLM成形致密度均有显著地影响, 足够的能量密度输入是AlSi10Mg合金SLM成形接近全致密的必要条件, 能量密度在4.0~6.0 J/mm2范围内时, 致密度可达98%以上。