随着激光粉末床熔融（LPBF）技术在航空航天、交通装备以及高性能复杂构件制造中的快速普及，如何在保证材料致密性与结构完整性的同时进一步提升强度，已成为铝合金增材制造研究的核心问题。尤其是 Al–Si–Mg 系列，由于具备良好的成形性和抗热裂倾向，是目前最成熟的 LPBF 铝合金体系之一。然而，其固有的胞状纳米结构虽然赋予了出色的疲劳性能和加工硬化能力，但对屈服强度（YS）的提升仍不够显著，限制了其在高载荷场景中的应用。

为了突破这一瓶颈，上海交通大学特种材料研究所王浩伟、陈哲教授团队在Int. J. Miner. Metall. Mater.上发表了题为“Effects of direct aging on mechanical properties and microstructure of TiB₂/AlSi7Mg alloy fabricated by laser powder bed fusion” 的研究论文。该研究通过原位自生法引入2wt% TiB₂纳米颗粒，利用其诱导细晶和增强激光吸收的特性，在材料内部形成稳定的等轴细晶结构，为后续热处理调控提供了更优的初始组织基础。基于此，我们系统研究了直接时效（DA）在不同温度与时间条件下对该复合体系的微观组织演化、析出行为及力学性能的影响规律。

研究发现，直接时效能够在不破坏 LPBF 特有的三维纳米胞状结构（3D-DPCN）的前提下，引导 α-Al 基体内析出不同类型和尺寸的纳米级Si或β′（Mg_1.8Si）相。尤其在欠时效（UA，150°C/4 h）条件下，大量细小且弥散分布的点状和针状 Si 析出相生成，与胞状网络协同作用，实现 Hall–Petch 强化与 Orowan 强化的叠加，从而显著提升材料的屈服强度与抗拉强度，同时仍保持较高的延伸率。相比之下，过时效（OA）导致析出相粗化，并产生 β′ 相，使动态回复加速、加工硬化能力过早耗尽，进而降低延性。退火（AN）虽能显著改善塑性，但会破坏胞状网络，使强度大幅下降。

最终，研究提出了一套可直接应用于工业生产的LPBF Al–Si–Mg系列铝合金热处理策略：用低温直接时效替代传统固溶或固溶–时效工艺，可在保持微观结构完整和稳定的同时，通过精细析出相的调控实现强度与塑性的平衡。本研究不仅为增材制造铝合金的热处理优化提供了实验证据，也为其在航空航天、轨道交通等高性能装备领域的工程化应用提供了理论支持与实践路径。

图文解析

图1  As-Built样品的μ-CT结果：(a)孔隙的空间和尺寸分布；(b)不同孔径孔隙的百分比分布。

图2  AB、UA、OA和AN状态在不同方向拉伸的工程应力–应变曲线：(a)⊥BD；(b) / / BD。不同热处理工艺后LPBF AlSi7Mg和AlSi10Mg合金的(c) YS与EL，(d) UTS与EL；对比实验数据来源于文献[11–13,17,19,27–29]。

图3  UA态沿Al[001]方向的STEM图像：(a) BF图像；(b) 图(a)中白色虚线框所选区域的放大图；（c, d) 图(b)中白色虚线框所选区域的HRTEM图像及相应的FFT。

图4  OA态沿Al[001]方向的STEM图像：(a)更多针状析出的BF图像；(b)针状沉淀相BF图及相应的EDS；(c)针状析出相HRTEM图像，图中橙色框出对应的FFT；(d)更多短棒状析出的BF图像；(e)短棒状析出相BF图像及相应的EDS；(f)短棒状析出相的HRTEM图像，图中橙色框出对应的FFT。

图5  (a) AB、(b) UA和 (c) OA状态下微观组织结构演变示意图。

图6  K–M图及关键参数的直方图：(a)水平试样K–M图， (b)垂直试样K–M图， (c) AB-X、UA-X、OA-X、AB-Z、UA-Z和OA-Z状态下的加工硬化参数θ₀和动态回复参数β直方图。