航天江南航天风华实现一技术在航天领域首次工程化应用

近日，航天江南航天风华公司申报的集团公司工艺振兴课题项目《镁合金结构件增材制造技术研究》顺利通过验收，实现镁合金选区激光熔化成形技术在航天领域首次工程化应用。
选区激光熔化成形技术作为3D打印技术的一个分支，长期以来广泛用于铝合金、钛合金、高温合金、不锈钢等金属领域，但在镁合金领域的技术研究及应用尚属匮乏。
“镁合金是航空航天等工业领域的理想材料。”航天风华公司工艺部副主管工艺师石海介绍说：“因为镁合金的密度在所有金属及合金材料中是最小的，与常用的钢铁和铝合金材料相比，在同等强度和刚度下，重量更轻。虽然易于切削加工、优良的抗震性、导热性和电磁屏蔽性能，让镁合金在航空航天等工业领域有着广阔的应用前景，但是传统的成形方法难以满足航空航天设备越来越复杂的结构件外形。”
近年来，随着3D打印技术的迅速发展，加上这项技术不受打印零件外形复杂程度的约束，这为航空航天领域使用复杂镁合金结构件成形提供了重要的解决途径。
3D打印技术是一项新兴技术，镁合金也是一种高活性轻合金，目前国内外对镁合金3D打印的研究都比较少。课题组能否解决镁合金3D打印技术长时间成形过程中存在的难点问题，实现镁合金3D打印技术工程化应用，成为课题研究的关键。其中解决镁合金3D打印的安全控制技术难题和烟尘污染问题成为重中之重。
由于镁是一种非常活泼的元素，具有易燃的性质，特别是在微粒状态下，高温镁合金遇氧和静电极容易燃烧，遇水则会产生强烈的反应，产生氢气和热量，也容易导致燃烧和爆炸。同时，镁的熔点与沸点都很低，液态镁合金在高温条件下极容易蒸发，遇冷则会凝结成超细镁粉，形成的烟尘像雾霾一样悬浮在空气中，存在爆炸风险。
“我们构建了一套安全防控技术，同时对打印过程中的成形机理进行充分研究，目前已经实现连续220个小时不间断的打印。”石海和团队一起反复论证了多个方案，最终摸索出了一套既符合工艺要求，又能满足安全和环境需求的方案，成功解决了镁合金选区激光熔化成形技术过程中安全控制、烟尘污染等难题，探索出了镁合金3D打印工艺参数。
旋转尾翼是一项对产品重量和力学性能都要求非常高的产品。相比铝合金满足力学性能要求，但产品重量超标，铸造镁合金重量要求达标，但力学性能不符合要求，公司利用镁合金选区激光熔化成形技术成功生产出各项指标均符合要求的旋转尾翼，并实现了工程化应用，这也成为检验该项技术最终取得成功的一把标尺。
航天风华公司基于镁合金打印安全控制技术申报的论文荣获集团公司安全生产论文二等奖，基于镁合金选区激光熔化成形技术研究成果，公司参加了由中国科学院和深圳市人民政府联合主办的全国第二届“率先杯”未来技术创新大赛，获深圳赛区提名奖，同时研究成果被收录至大赛优质项目库。
据了解，镁合金作为典型的轻金属代表，镁合金选区激光熔化成形技术的研究取得成功，不仅可以为开拓镁合金3D打印市场，让镁合金3D打印技术在结构件产品上形成规模化应用，创造经济效益和社会效益打下坚实基础，还可以依托3D打印技术实现镁合金产品的轻量化优化升级，进一步拓展镁合金的应用范围。（文/钟义杉）

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