研究人员针对激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）制备AA6061铝合金过程中普遍存在的缺陷问题，尤其是凝固裂纹，进行了系统性研究。通过在500 °C高温基板预热的条件下，全面分析了成形样品在打印态和T6热处理态下的缺陷特征、晶粒结构及析出行为。结果表明，高温预热显著降低了宽工艺窗口内的凝固裂纹敏感性，并有效消除了未熔合与锁孔型气孔，但在较高功率下仍存在气体诱导微孔。研究人员在两种典型激光功率与扫描速度条件下均观察到微米级非共格Mg2Si析出相及α-AlFeCrMnSi金属间化合物相，这与原位热效应密切相关。随后的T6热处理促使细小共格针状β″强化相形成，使屈服强度提高超过400%，性能接近传统锻造AA6061-T6水平。该研究证实，高温基板预热可有效抑制裂纹、调控析出行为并显著提升LPBF制备AA6061的力学性能。
本研究由Sivaji Karna、Rimah Al-Aridi、Daniel Morrall等学者完成，发表于《Materials Science and Engineering: A》。AA6061是一种以镁（Mg）和硅（Si）为主要合金元素的沉淀硬化铝合金，因其优异的强度重量比、高热导率及良好耐腐蚀性被广泛应用。然而，LPBF技术已在近共晶铝硅合金（如AlSi10Mg、AlSi7Mg）中获得成功，却在AA6061加工中面临严峻挑战，主要表现为气孔与凝固裂纹。气孔形成机制包括气体诱导、锁孔效应、未熔合及凝固收缩，其中氢气溶解度在高温下升高会加剧气体孔隙。凝固裂纹则源于凝固末期枝晶间液相补给不足，AA6061的宽凝固区间（约70 °C）与缺乏共晶组分使其更易开裂。现有研究表明，低至中等温度（100–200 °C）预热无法完全消除裂纹，而500 °C预热虽可降低裂纹密度，却伴随力学性能下降，其机制尚不清楚。此外，LPBF快速凝固与复杂热循环对析出相演化的影响仍缺乏系统认识。因此，研究人员旨在阐明500 °C高温基板预热对AA6061显微组织、析出机制及力学性能的作用规律。
研究人员采用气雾化AA6061粉末（粒径20–63 µm），在Aconity MIDI LPBF设备上进行成形，基板温度恒定维持500 °C，氧浓度低于100 ppm。选取低功率低速（200 W，100 mm/s）与高功率高速（450 W，1870 mm/s）两组典型工艺参数，分别测试打印态与T6热处理态的组织与性能。T6处理包括530 °C固溶处理2小时、水淬，随后160 °C人工时效18小时。显微组织表征采用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）及能谱分析（EDS）。力学性能测试依据ASTM E8标准进行室温拉伸试验。
3.1 不同工艺条件下的缺陷形成
研究人员发现，在低温低速区，缺陷以未熔合与气体孔隙为主，裂纹较少；在高温高速区，主要为气体诱导微孔，裂纹显著减少；而在中等能量密度区，气孔与裂纹均较严重，表明该区域熔池行为不稳定。总体而言，500 °C预热将裂纹面积分数控制在1%以下，明显低于室温成形的2%以上，但未能完全消除裂纹。
3.1.1 显微组织表征
EBSD分析显示，两种工艺均呈沿建造方向排列的柱状晶，高温预热显著增大晶粒尺寸，低功率条件平均晶粒面积约2600 µm2，高功率条件约1800 µm2。高功率条件下<100>织构强度最高，达8.2，表明定向凝固增强。裂纹沿晶界延伸，并在高温下因液相膜持续存在而形成更长裂纹。
3.1.2 打印态析出相
SEM与TEM分析表明，高温预热促进了微米级非共格Mg2Si析出相的形成，同时出现α-AlFeCrMnSi金属间相。后者通常在传统铸造中经均匀化处理获得，但在本研究中由于长时间高温基板加热与激光反复作用，直接在打印态形成，体现了原位热处理的效应。
3.2 热处理后的晶粒结构与析出相
T6处理后，α-AlFeCrMnSi相保持稳定，Mg2Si相大部分溶解，形成过饱和固溶体，并在时效阶段析出细小共格针状β″相及亚晶界Q相（AlCuMgSi）。β″相尺寸约2.29 nm，是主要强化相。
3.3 拉伸性能
打印态屈服强度仅约52–56 MPa，接近退火态AA6061-O，因缺乏共格强化相且存在裂纹与气孔。T6处理后屈服强度提升至261–290 MPa，增幅超过400%，与锻造AA6061-T6相当。强化机制主要由β″相的位错剪切贡献，尤其是有序强化占主导。延性方面，打印态高功率样品可达14%，热处理后略有降低，但仍显著高于无预热样品。
在讨论与结论部分，研究人员指出，500 °C基板预热显著抑制凝固裂纹并改变析出路径，使打印态直接形成稳定α-AlFeCrMnSi相与Mg2Si相，减少了后续热处理需求。T6处理通过β″相与Q相实现高强度，同时保持较好延性。该成果为LPBF制备高性能AA6061提供了可行的工艺策略，并揭示了高温预热下组织与性能的关联机制。
