文 献 综 述
1.研究背景与意义
镁合金是以镁为主要基体加入其他杂质的合金，作为最轻质的金属工程结构材料具有许多优良的特性，比如密度小，强度高，刚性好，韧性好，减震性强，热容量低，切削工艺快等。但是在生产轻量化的要求下，生产整体结构件是镁合金应用的重要趋势，而整体结构件通常表现出大尺寸和复杂形状，传统的加工方式难以实现[1-3]，增材制造则提高了一种可行的思路。增材制造，是指基于离散-堆积原理，由零件三维数据驱动直接制造零件的科学技术体系，其“做加法”的加工模式能迅速将设计思想转化为成品，是一种极具前景的制造复杂、大尺寸整体结构件的方法。[4-5]目前，对镁合金增材技术的研究主要集中于选择性激光熔化技术。然而，镁合金对于激光有高反射性，导致能量吸收率低。[6-7]电弧增材制则造合了电弧焊和线材原料进行增材制造，具有现成的焊接设备，低成本和高沉积速率等显著优势。[8-9]利用CMT技术，通过数字控制方式下的短电弧和焊丝的换向送丝监控，提高零件精度，实现无焊渣飞溅，非常适合以镁合金为原材料来设计电弧增材制造系统。[7,10]而本课题重点研究镁合金CMT增材工艺与组织性能研究。
2.国内外研究进展
在以镁合金为原材料进行电弧增材制造上，各国学者针对其工艺和成品的组织性能已有了大量的研究。
北京航空材料研究院的施瀚超[7]等人采用电弧增材制造系统，包括：钨极惰性气体保护焊设备、三 轴工作平台、送丝机、控制系统以及气体保护装置，以直径 1.6 mm 的 AZ31 镁合金焊丝为实验材料，采用直线截距法测量晶粒尺寸， 使用Instron5966电子万能材料试验机在室温下进行力学性能测试。实验结果表明电流大小对成型试样的成型尺寸影响较大。在其他工艺参数相同的条件下， 随着电流的增大，成型层厚减小，成型的最大宽度增大。然而电流大小对AZ31镁合金电弧增材制造的晶粒尺寸，拉伸性能以及拉伸断口形貌影响不大，如图2.1。
北京理工大学的Jing Guo[11]等人使用电弧增材制造,以气体保护钨极电弧焊为基础成功地制造了完全致密的AZ31镁合金部件，说明了该系统具有制造镁合金部件的潜力。在研究不同的脉冲频率对其组织性能的影响时，以六根长度约为100毫米，高度为10~20毫米的电弧增材制造的墙壁，选择了六种不同的脉冲频率，并使其他参数保持恒定。结果发现，脉冲频率对线电弧添加剂制造样品的宏观结构，微观结构和拉伸性能有显著影响：在5Hz和10Hz下制造的样品的形状是不规律的，而随着脉冲频率的增加，晶粒尺寸先减小后增大，同时晶粒长宽比图像曲线先接近后远离，直到晶粒细化达到最大值。同时，在一定的脉冲频率下可以获得细晶粒和良好的拉伸性能。在5Hz和10Hz下制造的样品含有更细的等轴晶粒，更高的极限拉伸强度和屈服强度。
东京农工大学的Hisataka Takagia[12]等人基于电弧增材技术，使用MIG焊机，4轴控制机器，以PC的控制器控制焊枪，并释放氩气，进行了高效的镁合金沉积，并研究了其产物的材料特性，例如孔隙率，拉伸性能和微观结构。在实验后发现制造物体的抗拉强度等于相应的轧制物料的抗拉强度，中心部分的最低孔隙率是压铸产品或SLM样品的1/2000倍，且进给速度越高，制造物体的微观结构就越明显，见图2.2。
