基于Cu-Al-Fe 合金的粉芯絲材增材制造理論及其溫度場分析

王宏宇，黃金雷，陳勝，朱建，毛計洲

(江蘇大學,鎮(zhèn)江,212013)

0 序言

近年來，通過增材制造技術制備Cu-Al 系形狀記憶合金引起了人們極大的興趣[1-3].以形狀記憶合金與增材制造技術相結(jié)合是研究Cu-Al 系記憶合金材料4D 構件的新方向，也是當今解決Cu-Al 系記憶合金這種智能材料構件復雜成形問題的有效手段.Lu 等人[4]闡述了金屬直接成形和結(jié)構體的“設計-材料-制造”一體化是增材制造重要的發(fā)展趨勢.

以粉末材料為代表的激光選區(qū)熔化技術，除所制備合金致密度尚不夠理想之外，還存在著粉末利用率低、元素易燒損等問題[5].以絲材為代表的電弧增材制造技術，合金實心絲材制備成形往往受合金塑形等因素的影響，故實心絲材的選用主要集中于塑性材料，而焊接材料中的藥芯焊絲因含造渣劑不適合用于增材制造金屬直接成形[6]；粉芯絲材，以往主要作為表面工程與再制造工程中熱噴涂和堆焊，其具有成分調(diào)節(jié)容易、調(diào)節(jié)范圍廣、可獲得特殊合金成分等獨特的優(yōu)越性[7].王宏宇等人[8]提出了以高沸點外皮包裹低沸點粉芯制備增材制造記憶合金用材的新思路，所制備的記憶合金增材制造粉芯絲材，不僅具有粉芯絲材便于調(diào)整合金成分等優(yōu)點，還可以抑制記憶合金中易燒損元素的燒損，從而為在保證記憶合金成分準確及便于調(diào)控的情況下獲得良好記憶性能的形狀記憶合金提供了一種新型增材制造用原材料.

與傳統(tǒng)的絲材+電弧增材制造不同的是，粉芯絲材增材制造成形過程是在弧柱區(qū)以梯度傳熱形式先熔化外皮形成熔滴空腔再逐漸侵吞、熔化內(nèi)部粉末，在弧柱區(qū)球化增大后受重力影響落入熔池，隨后熔滴內(nèi)外層徹底熔融并于熔池內(nèi)濕潤鋪展沉積成形.然而，涉及粉芯絲材電弧增材制造形狀記憶合金研究工作較少，相關理論研究尚未成熟.故基于課題組前期的研究[9-10]，系統(tǒng)論述了粉芯絲材電弧增材制造的相關理論，并以Cu-Al-Fe 合金為對象，對粉芯絲材電弧增材制造溫度場進行了研究.

1 粉芯絲材熔融沉積成形理論

1.1 粉芯絲材的構成與制作

粉芯絲材作為一種典型的“皮包粉”結(jié)構，同時結(jié)合了實心絲材與藥芯焊絲的優(yōu)勢，在便捷調(diào)控成分的同時，又降低了成形時成分的氧化燒損比率.所涉及的新型粉芯絲材[11]利用的是以高沸點、低熔點、導熱性較佳的紫銅管作為外皮包裹混合粉末，外皮內(nèi)粉末中一般存在易燒損元素 (被保護對象)、改性元素 (第三/第四組元、孕育劑) 和配重補充元素 (外皮元素粉末).其制備工藝流程如圖1 所示，主要包含配制原料、研磨混粉、粉末填充、拉絲成形等步驟.按照“等成分、等體積”[12]設計原則配制后經(jīng)充分研磨制成混合粉，研磨時間必須嚴格控制，在達到預合金化前提下盡量減少空氣污染；稱量混合粉在振動灌裝裝置輔助下將其填入銅管，最后，采用軋尖拉拔裝置拉制成絲.

圖1 粉芯絲材的制備流程Fig.1 Preparation process of powder core wire

1.2 粉芯絲材熔融沉積成形機制

粉芯絲材+電弧增材制造，與其它增材制造方式一樣能通過逐層沉積材料，以離散-堆積形式直接從專用3D CAD 模型中成形3D 制件.現(xiàn)較為流行的實芯絲材+電弧增材制造成形方式是通過單絲/多絲 (混合元素金屬或純金屬) 形式在電弧作用下形成以熔滴-熔池過渡形式的沉積成形，采用多成分單絲時可直接形成混合熔滴耦入熔池中，但是成分難以調(diào)控，且弱元素 (蒸汽壓低的元素) 直接在弧柱區(qū)暴露容易造成蒸發(fā)，而采用多成分多絲時形成多熔滴-熔池耦合模型，易造成熔池內(nèi)成分不均.如圖2 和圖3 所示，粉芯絲材+電弧增材制造過程中粉芯絲材表皮熔化后在表面張力作用下一邊球化增大，一邊侵吞內(nèi)部粉末，隨后受重力影響源源不斷匯聚于熔池中，過程中伴隨著舊沉積層的重熔與熔池凝固帶來新沉積層的形成.比較特別的是，粉芯絲材熔滴內(nèi)含有粉末，因而所需能量相對實心絲材較少，熔池熱累積減少，在弧柱區(qū)形成的熔滴空腔減少了元素在弧柱區(qū)的暴露時間，降低元素受蒸汽壓影響而揮發(fā)，相比藥芯焊絲，熔池中少了助溶劑等成分有利于控制堆層間夾雜物的形成，從而降低缺陷 (裂紋、孔隙、氧化夾渣等) 對于特殊成分的敏感性[13].而等比例填入的粉末在熔化過程中逐漸與外皮融為一體，在重力、表面張力、電磁力、等離子流力和斑點壓力等作用力綜合影響下在熔池中被充分攪拌，液態(tài)金屬流動、鋪展，至最終凝固形成成分較為均勻的合金.

圖2 粉芯絲材熔滴過渡示意圖Fig.2 Schematic diagram of droplet transfer of powder core wire

圖3 粉芯絲材增材制造工藝示意圖Fig.3 Process diagram with additive manufacturing of powder core wire.(a) additive manufacturing process;(b) section morphology

粉芯絲材+增材制造在熔池成分均勻化、元素止損、成分調(diào)控等方面具有顯著優(yōu)勢.作為一種新型的制造方式，粉芯絲材增材制造方法為沉積成形制造提供了一種新思路，尤其是關于內(nèi)部粉末在微觀組織與性能調(diào)控方面具有積極作用.粉芯絲材的獨特性對于增材制造而言，與液態(tài)金屬流動性以及氣孔缺陷呈現(xiàn)高相關性.根據(jù)文獻[13]可知，氣孔的形成會破壞合金的力學性能與記憶性能，液態(tài)金屬流動性控制更是在制件的成形精度與質(zhì)量方面得到充分體現(xiàn)，而這些均與增材制造時的熔池溫度有較高的聯(lián)系.與焊接不同的是，電弧增材制造是焊縫層逐層堆積的過程，沉積層的組織與性能和熱循環(huán)過程息息相關，而熱循環(huán)過程則受焊接電流、掃描速度與絲材直徑等直接影響.這些參數(shù)在成形過程中直接關系到粉芯絲材熔融沉積過程中各層間熱累積差異，進而對熔融區(qū)、熱影響區(qū)等代表性區(qū)域的元素分布以及含量、微觀組織演變等造成較大影響.尤其是在起弧與熄弧階段，此時熔池流動紊亂，溫度變化影響明顯，對獲得較好的沉積特性十分不利.因而，面向粉芯絲材+增材制造的相關研究必須基于所涉及合金取得最佳工藝窗口基礎上展開.

1.3 粉芯絲材增材制造梯度傳熱機制

聚焦于粉芯絲材內(nèi)部，其中的粉芯即使經(jīng)過拉拔擁有較高緊實度，但究其實質(zhì)而言仍類似于“多孔材料”，內(nèi)部形成“金屬-空氣-金屬-空氣”[14]的導熱形式，空氣導熱效果差，孔中殘存的空氣對熱量傳遞勢必形成熱阻，如圖4 所示.

圖4 粉芯絲材增材制造熔凝過程示意圖Fig.4 Schematic diagram of melting process of additive manufacturing with powder core wire.(a) schematic diagram of droplet transfer;(b) schematic diagram of heat transfer process;(c) schematic diagram of powder melting inside the tube

粉芯絲材熔融沉積過程中，熱量首先作用在作為外皮的銅管上，然后經(jīng)銅管傳至管內(nèi)粉芯，盡管粉末化一定程度上會降低材料熔點，但是由于空氣的隔熱作用使得能量傳遞呈現(xiàn)梯度性，熔化粉芯內(nèi)部粉末的速度逐層降低.而作為外皮的銅管熱傳導速度則很快，在弧柱區(qū)先熔化外皮形成熔滴空腔再逐漸侵吞、熔化內(nèi)部粉末，在孤柱區(qū)球化增大后受重力影響落入熔池，隨后熔滴內(nèi)外層徹底熔融，并于熔池內(nèi)潤濕鋪展沉積成形.

增材制造過程中元素的燒損，主要包括飛濺、氧化和蒸發(fā)3 種形式.考慮到增材制造過程多在保護氣氛下進行，如電弧熔融沉積多在高純氬氣保護下進行的，故增材制造中的元素燒損主要以飛濺、蒸發(fā)為主.以Cu-Al-Fe 合金為例，增材制造所采用的粉芯絲材，以較高沸點銅作為外皮，以凈含量為99.99%的銅、鋁、鐵粉混合研磨后的混合粉作為粉芯 (表1)，可以較好地保護易燒損元素，從而較好地保證記憶合金成分的準確性.

表1 Cu-Al-Fe 合金中元素的熔點、沸點和粒徑Table 1 Melting point,boiling point and particle size of elements in Cu-Al-Fe alloy

粉芯絲材在增材制造成形過程中對于成分保護來源于兩個方面：一方面，受梯度傳熱效應影響，內(nèi)部粉末熔化較慢，在熔滴的包裹作用下，緊實度高、混合均勻的內(nèi)部粉末不會產(chǎn)生空腔劇烈爆炸反應而大面積濺射，相比其它用材飛濺更少，大大提高了粉末利用率.同時，受外皮熔覆層保護作用，盡管鋁粉蒸氣壓小易蒸發(fā)，但暴露面積大幅度縮減，從而對抑制鋁粉的氧化燒損具有積極作用；另一方面，相比純鋁粉，熔點較高的第3 組元鐵粉、配重補充元素銅粉與低熔點鋁粉混合形成的預合金粉末整體熔點更高，可以有效地抑制副反應，從而提高其耐高溫能力.

1.4 粉芯絲材晶粒細化機制

新型粉芯絲材特色是高沸點銅皮包裹低沸點混合粉末，同時在粉末中引入高熔點第3 組元.以Cu-Al-Fe 合金為例，如圖4 所示，在熔化區(qū)，熔滴球化增大受重力影響落入熔池，熔池凝固過程中，部分未熔高熔點粉末作為初生相異質(zhì)形核核心極大地提高了相變形核率.相變反應剛結(jié)束時，其晶粒尺寸為

式中：d為粒徑；I為形核速率；G為核長大速率.

由式 (1) 推知，形核率與晶粒尺寸呈反比，形核密度越高，晶粒尺寸越小.同時，液固相變過程中析出含鐵κ 相，在析出相的釘扎作用下，一方面，當釘扎作用力大于晶粒長大驅(qū)動力時，晶粒長大過程受析出相影響發(fā)生尺寸細化；另一方面，晶界遷移受到限制從而抑制了晶粒間相互吞噬行為造成的晶粒粗化.綜上，再次堆積時析出相可有效抑制已沉積層受弧柱區(qū)熱影響而使底層晶粒異常長大[15]產(chǎn)生混晶，促使合金形成均勻組織.

2 粉芯絲材增材制造的溫度場分析

電弧熔絲增材制造成形過程中的溫度場變化會直接影響到制件形貌和性能的變化，基于粉芯絲材單道多層沉積成形熱累積效應研究對于制備形性均一且優(yōu)良的Cu-Al-Fe 大型復雜件極具意義.通過單一變量變化設計仿真數(shù)據(jù)，采用SIMUFACT公司開發(fā)的Simufact-Welding 平臺對電弧增材制造Cu-Al-Fe 合金的溫度場進行數(shù)值仿真.以各層探測點溫度為對象，探究熱累積影響下不同層間溫度變化的規(guī)律，以金屬粉末熔沸點為數(shù)據(jù)參考并結(jié)合課題組前期研究成果，進而獲得電弧增材制造Cu-Al-Fe 記憶合金的最優(yōu)工藝參數(shù)，并通過試驗結(jié)果進行驗證.

2.1 粉芯絲材參數(shù)的確定

基于“等成分、等體積”圓管配材方法，以粉芯絲材振實密度和拉拔后粉芯體顯微硬度為優(yōu)化目標，經(jīng)過進一步深化制備了以下3 種符合試驗要求的3 種粉芯絲材.粉芯絲材的直徑分別為1.6，2.1，2.6 mm，填充率為28%，如圖5 所示.對比3 種絲材發(fā)現(xiàn)，其顯微硬度由中間向兩邊遞減，外圈較為穩(wěn)定.其中，φ1.6 mm 絲材靠近管內(nèi)側(cè)的粉末硬度水平區(qū)間較大，絲材中心部分硬度逐漸上升，其徑向形狀誤差相對另外兩者最大，這是在拉拔過程中殘余應力不斷累積所造成；φ2.1 mm 絲材中心粉末硬度趨于平穩(wěn)，且粉芯外側(cè)與內(nèi)側(cè)硬度落差小；φ2.6 mm 絲材從外到內(nèi)部粉末硬度一直呈遞增趨勢，近乎沒有水平區(qū)間.

圖5 不同直徑的粉芯絲材的硬度Fig.5 Hardness of powder core wire with different diameters.(a) wire with φ2.6 mm;(b) wire with φ2.1 mm;(c) wire with φ1.6 mm

為了最終確定試驗所需絲材直徑，對上述3 種絲材進行了成形試驗.采用φ1.6 mm 絲材成形時，由于直徑過細，熔滴成形受到阻礙，在堆積時出現(xiàn)不連續(xù)球化等不良現(xiàn)象.采用φ2.6 mm 絲材成形時，由于拉拔道次與拉拔終徑的影響，存在粉末噴濺，且制件表面氧化發(fā)黑較明顯，局部存在氣孔，同時，在堆積過程中粉末噴濺造成高層容易坍塌(圖6).然而，采用φ2.1 mm 絲材成形時，在堆層與基板上均未發(fā)現(xiàn)明顯粉末噴濺和內(nèi)部氣孔.綜上所述，試驗最終采用φ2.1 mm 粉芯絲材進行Cu-Al-Fe 合金電弧增材制造試驗.

圖6 粉芯絲材增材制造成形缺陷Fig.6 Forming defects in the additive manufacturing with powder core wire.(a) nodulizing;(b) collapse;(c) hole;(d) splash

2.2 數(shù)值仿真模型的搭建

考慮到粉芯絲材增材制造實際成形過程的復雜性，同時兼顧確保仿真模型的可靠性.數(shù)值模型作如下設計：①基板和堆層分別采用各自對應材料；②忽略材料各相異性；③忽略熔池形狀與熔池流動，僅考慮在自身輻射放熱、對流換熱以及熱傳導過程中的溫度變化；④材料內(nèi)部是連續(xù)的，忽略粉芯絲材空氣介質(zhì)阻熱作用；⑤材料均勻，僅考慮粉芯絲材熔融過程，因而將其內(nèi)芯與外皮視作均勻性材料.具體的數(shù)值仿真模型及參數(shù)設置、邊界條件、控制方程等詳見陳特[12]的研究.

利用NX 軟件構建幾何模型，采用參數(shù)與實物比例為1∶1，即基板尺寸分別為100 mm ×100 mm × 10 mm，沉積層尺寸擬構建尺寸為100 mm × 10 mm，堆積厚度為1.5 mm，共計3 層，寬度隨層漸窄.采用Hypermesh 進行網(wǎng)格劃分，為保持溫度的準確分布，基板網(wǎng)格與堆層網(wǎng)格保持連續(xù)，且在焊縫區(qū)進行局部加密.利用Simufact-Welding 平臺對3 層的前端 (沉積時距離起始點10 mm 的位置)、中端 (沉積時每層的中間位置) 與末端 (沉積時距離結(jié)束點10 mm 的位置) 分別設立監(jiān)測點，檢測起弧、中間區(qū)域與熄弧階段的溫度變化，以電流與掃描速度為變量進行溫度采集.所構建的粉芯絲材增材制造有限元模型如圖7所示.

圖7 粉芯絲材增材制造有限元模型Fig.7 Finite element model of additive manufacturing

2.3 輸入電流對溫度場的影響

采用電弧增材制造成形件時，考慮到交直流逆變焊接系統(tǒng)中電壓維持穩(wěn)定，因而輸入電流的變化是對于溫度場影響最大的因素.輸入電流大小將直接影響熱源的輸出形狀與覆蓋范圍，進而影響熔池流動與成形，并最終對電弧增材制造金屬的成形、性能和微觀組織造成影響.因此，通過輸入電流對溫度場的影響進行模擬，可以有效選擇電弧增材制造的輸入電流I.在固定掃描速度條件下，探究輸入電流120，140 A 和160 A 對溫度場的影響.

圖8、圖9 和圖10 分別為輸入電流120，140 A和160 A 對溫度場的影響.受輸入電流的影響，同一監(jiān)測點在經(jīng)歷重熔時溫度均呈現(xiàn)上升趨勢，這一規(guī)律在同一層監(jiān)測點和同一水平位置不同層檢測點均得到體現(xiàn).同時，受重熔影響，第1 層與第2 層出現(xiàn)多峰結(jié)構，在第1 層中其熱過程為3 次，故而3 個監(jiān)測點中觀測到了3 個高溫峰；第2 層的監(jiān)測點4，5，6 受到兩次熱源影響，故而有兩個高溫峰；而第3 層的監(jiān)測點7，8，9 僅循環(huán)一次，故而只形成一個高溫峰.

圖8 輸入電流120 A 對溫度場的影響Fig.8 Influence of input current 120 A on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b) monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

圖9 輸入電流140 A 對溫度場的影響Fig.9 Influence of input current 140 A on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b)monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

圖10 輸入電流160 A 對溫度場的影響Fig.10 Influence of input current 160 A on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b) monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

考慮到電弧增材制造成形時，中間層受熱影響最大，而第1 層與第2 層最能代表新沉積層下溫度變化，故分析時以下面兩層溫度變化作為主要因素考慮.從圖8 的結(jié)果可知，采用輸入電流120 A 進行單道多層沉積時在第1 層所產(chǎn)生的峰值溫度位于1 200～ 1 700 ℃之間，而鐵的熔點為1 538 ℃，在此輸入電流下鐵粉將無法充分熔融.由圖9 可知，在輸入電流140 A 時，沉積第1 層產(chǎn)生的峰值溫度在1 500～ 1 900 ℃之間，沉積第2 層時產(chǎn)生的峰值溫度在2 200～ 2 300 ℃之間，在此溫度下能夠充分熔融所設計Cu-Al-Fe 合金的所有元素，需要注意的是，第3 層峰值溫度為2 591 ℃，這可能導致Al (沸點2 470 °C) 元素的少量燒損.由圖10 可知，采用輸入電流160 A 時，沉積第2 層所產(chǎn)生的峰值溫度在2 500～ 3 100 ℃之間，而第3 層峰值溫度甚至全部超過3 000 ℃，在此溫度范圍內(nèi)，將會造成Cu，F(xiàn)e (Cu 沸點：2 562 ℃；Fe 沸點：2 862 ℃) 等高沸點元素蒸發(fā)，破壞粉芯絲材結(jié)構使其失去保護作用.綜上，使用粉芯絲材進行增材制造成形Cu-Al-Fe 合金時，采用輸入電流140 A 較為合適.

2.4 掃描速度對溫度場的影響

掃描速度作為電弧增材制造的重要參數(shù)之一，主要影響沉積層的凝固成形與層間冷卻過程，掃描速度過慢會導致沉積層組織的熱累積現(xiàn)象較為嚴重，將使沉積層組織因熱量無法散發(fā)而影響電弧增材制造的成形質(zhì)量和制件性能.在上述所選輸入電流140 A 的條件下，將探究0.2，0.4 m/min 和0.6 m/min 的掃描速度對電弧增材制造溫度場的影響規(guī)律.

圖11、圖12 和圖13 為不同掃描速度下溫度場情況.由圖11～ 圖13 可知，沉積層各點溫度受熱累積效應仍保持一定上升.采用掃描速度0.2 m/min時，第1 層沉積層與基板導熱達到平衡的時間提前到達，在沉積第3 層時該層溫度開始下降，而第2 層在熱影響下經(jīng)歷重熔溫度仍保持上升趨勢.而采用掃描速度為0.4，0.6 m/min 時，第1 層溫度在堆積過程中一直保持上升趨勢.

圖11 掃描速度 0.2 m/min 對溫度場的影響Fig.11 Influence of scanning speed at 0.2 m/min on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b) monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

圖12 掃描速度0.4 m/min 對溫度場的影響Fig.12 Influence of scanning speed at 0.4 m/min on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b) monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

圖13 掃描速度0.6 m/min 對溫度場的影響Fig.13 Influence of scanning speed at 0.6 m/min on temperature field.(a) monitoring points 1,2,and 3;(b) monitoring points 4,5,and 6;(c) monitoring points 7,8 and 9

由圖11 可知，在掃描速度0.2 m/min 下，雖然能夠充分熔融所有元素，但是第3 層產(chǎn)生的峰值溫度超3 000 ℃，高溫下鋁易氧化、蒸發(fā)元素損失嚴重.由圖12 可知，在0.4 m/min 掃描速度下，沉積時第1 層與第2 層溫度適宜，Cu-Al-Fe 合金的所有元素都能夠充分熔融，且其相較于掃描速度0.2 m/min，在掃描速度0.4 m/min 下沉積過程所產(chǎn)生的溫度使得Al 元素的蒸發(fā)相對較少.由圖13 可知，在掃描速度0.6 m/min 下，由于掃描速度過快，沉積第1 層產(chǎn)生的峰值溫度過低，溫度范圍為1 100～ 1 600 ℃之間，而鐵的熔點超過1 500 ℃，在此電流下將無法充分熔融.綜上，選用掃描速度0.4 m/min 作為粉芯絲材電弧增材制造的掃描速度較為合適.

2.5 優(yōu)化工藝窗口下的沉積成形試驗

基于上述探索試驗與溫度場數(shù)值模擬結(jié)果，確定最終選取輸入電流為140 A、掃描速度為0.4 m/min、絲材直徑為2.1 mm 工藝參數(shù)進行試驗.圖14 與圖15 分別反映了最優(yōu)工藝下宏觀形貌(完整沉積層+截面形貌)與上、中、下3 層的微觀組織.截面組織清晰地反映了增材制造特征，即由底部的柱狀區(qū)域過渡到穩(wěn)定區(qū)的等軸狀，再至頂層細晶區(qū).

圖14 薄壁墻宏觀形貌Fig.14 Macroscopic appearance of thin wall

圖15 最佳工藝下的薄壁墻橫截面與各區(qū)域組織Fig.15 Cross section and microstructure of the thin wall using the best process.(a) section morphology;(b) at the bottom;(c) stable layer;(d) at the top

采用交流電弧增材制造時，合金凝固組織的形核-長大主要受到脈沖電流、磁場力復合作用.一方面在電磁場作用下各成分原子相互碰撞、遷移，熔池成分得以較均勻，組織生長過程中偏析現(xiàn)象得以弱化甚至被抑制；另一方面，強大的電磁力促使形成強制對流，枝晶樹被振碎，因而導致在沉積態(tài)中難以發(fā)現(xiàn)枝晶組織[16].形成的初生相一般為均勻的等軸晶或者柱狀晶組織，又因為冷卻速率的不同，表層組織在結(jié)構上與穩(wěn)定區(qū)無異.但是受到對流換熱影響，冷卻速率較內(nèi)部快，晶粒尺寸有所減小，形成一層均勻的小晶粒等軸晶，而底部組織同時受到熱傳導與成分差異性影響，所以一般為從基體過渡到薄壁墻底部的均勻柱狀晶.

3 結(jié)論

(1) 粉芯絲材沉積過程是在弧柱區(qū)以梯度傳熱形式先熔化外皮形成熔滴空腔再逐漸侵吞、熔化內(nèi)部粉末，球化增大后受重力影響落入熔池，隨后熔滴內(nèi)外層徹底熔融并于熔池內(nèi)鋪展沉積成形.

(2) 粉芯絲材的熔化機制不僅使其具有抑制元素燒損的作用，還在一定程度上未熔粉末充當異質(zhì)形核核心還能起到細化晶粒的效果.

(3) 通過探索試驗和溫度場的模擬仿真，得到了Cu-Al-Fe 粉芯絲材增材制造的最佳工藝參數(shù)，即粉芯絲材直徑為2.1 mm、輸入電流為140 A、掃描速度為0.4 m/min.