增材制造（AM）作为一种变革性技术，能够直接从三维计算机辅助设计（CAD）模型通过逐层工艺制造出具有复杂内部结构的零件[1]。选择性激光熔化（SLM）是一种特别适用于金属材料的AM技术，能够生产出具有复杂几何形状的中等到高强度金属部件[2],[3],[4]。目前，关于通过SLM制造的铝合金的研究主要集中在高强度合金上，包括Al-Cu和Al-Zn合金[5],[6]。
Al-Cu-Mg合金因其低密度、优异的比强度和良好的耐热性，被广泛用于航空航天和汽车行业的轻量化设计[7],[8],[9]。随着现代技术的快速发展，对铝合金性能的要求也越来越严格，尤其是在高温下的性能[10],[11]。Al-Cu-Mg合金是典型的沉淀强化铝合金，其高强度和耐热性与其热处理后的沉淀相特性密切相关[12],[13],[14]。Al-Cu-Mg合金的相组成主要受合金化学成分的影响，特别是Cu/Mg比例，这决定了相关的相场。先前的研究表明，在Cu/Mg比例为2-4的Al-Cu-Mg合金中，S-Al2CuMg相是主要的沉淀相；而Cu/Mg比例较高时，Ω-Al2Cu和θ'-Al2Cu相成为主要沉淀相[12],[15],[16]。Ω相在铝基体的{111}Al面上以片状形式析出，表现出优异的热稳定性，在高温服役过程中有效延缓了晶粒粗化[17],[18],[19]。相反，θ'相具有沿{001}Al面排列的四方Al2Cu结构，显著提高了合金的强度和硬度，但其热稳定性不如Ω相。尽管S-Al2CuMg相被认为是铝合金中的关键强化相，但在低至200°C的温度下仍会发生变形和粗化，从而导致力学性能下降[20],[21],[22]。
添加Sc和Zr微合金元素显著提高了通过SLM制造的Al-Mg-Cu合金在室温和高温下的力学性能。这种提升源于多种机制。首先，Sc和Zr的添加促进了Al3(Sc,Zr)化合物在铝基体中的形成。这些化合物与铝基体之间的小晶格失配使它们成为有效的晶粒细化剂，抑制了SLM过程中的裂纹形成[23],[24],[25]。其次，随后的热处理导致纳米级的Al3(Sc,Zr)分散体的析出，这些分散体在室温下通过阻碍位错运动而起到强化作用[26],[27]。此外，Al3(Sc,Zr)分散体比传统的强化相具有更高的热稳定性和抗粗化能力。这一特性对于在高温下保持力学完整性至关重要，因为这些分散体能有效阻止位错攀移和钉扎晶界[10],[28],[29]。最后，Sc和Zr的添加通过在基体/θ'（或Ω）界面处偏聚，增强了θ'相（或Ω相）的抗粗化能力，从而提高了铝合金在高温下的力学性能[7],[31]。
各种铝合金的强度和热稳定性之间存在权衡[30]。这是因为，虽然高强度铝合金在高温下纳米沉淀体会迅速粗化，导致强度下降，但主要通过分散相强化的合金往往具有相对较低的强度[30]。尽管Al-Sc-Zr合金在解决这一权衡方面具有潜力，但传统的铸造方法通常会导致Sc和Zr的含量较低[32],[33],[34]。因此，热处理后形成的Al3(Sc,Zr)分散体的体积分数较小，对铝基体屈服强度的贡献不足。相比之下，通过选择性激光熔化制备的Al-Sc-Zr合金中通常会添加高含量的Sc和Zr元素[35],[36]。因此，Al3(Sc,Zr)纳米分散体有潜力同时提高SLM制造铝合金的强度和热稳定性。
在我们之前的研究中，发现SLM制造的Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金在225℃以下温度下会析出低温时效的S-Al2CuMg相，在更高温度下会析出L12-Al3(Sc,Zr)相。然而，S-Al2CuMg相的强化效果略低于L12-Al3(Sc,Zr)相[37]。因此，为了同时提高SLM制造的Al-Cu-Mg-Sc-Zr合金的强度和耐热性，本研究利用在较高时效温度下形成的Al3(Sc,Zr)沉淀相作为主要的强化相。该合金的微观结构和力学性能分别在320°C和440°C的峰值时效条件下进行了研究。
