电子束抛光抑制增材制造铝合金表面镀膜缺陷的研究

　　增材制造（AMed）铝合金产品因表面粗糙和氧化层导致镀膜缺陷，影响性能。本研究采用大面积电子束（EB）抛光技术，实现表面平滑、修复及氧化层去除，显著减少镀膜缺陷，提升镀膜质量。该技术为复杂形状AMed金属产品的后处理提供了高效解决方案，具有重要工业应用价值。

　　

增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术近年来在金属产品制造领域展现出巨大潜力，尤其是激光粉末床熔融（Laser Powder Bed Fusion, LPBF）工艺能够生产高精度复杂形状的金属部件。然而，AMed金属产品表面存在显著粗糙度、飞溅物和小型空腔等缺陷，且表面易氧化导致元素组成改变。这些问题不仅影响产品美观，更会降低其机械性能和耐久性。此外，化学镀（electroless plating）虽能改善表面功能，但因基材表面缺陷和氧化层，镀膜中常出现空隙等缺陷。传统表面处理方法如喷砂、手工抛光等难以应对复杂形状，且效率低下。因此，开发一种高效、适用于复杂形状AMed金属产品的表面处理技术成为当务之急。

针对这一挑战，研究人员开展了电子束（Electron Beam, EB）抛光技术研究。该技术利用直径达60 mm的大面积EB，在数分钟内实现AMed铝合金（AlSi10Mg）表面的同步平滑、修复和氧化层去除。通过能量密度15 J/cm²
、30次脉冲辐照的EB处理，表面粗糙度从31 μmRz降至6 μmRz，氧含量从20%降至5%以下。后续锌酸盐处理和化学镀镍实验表明，EB抛光后的表面可形成均匀无缺陷的镀膜，而未经处理的样品则出现明显空隙。划痕测试进一步证实，EB抛光处理的镀膜抗剥离性能显著提升。与手工抛光相比，EB抛光能完全消除界面微空隙，展现出对复杂形状产品的独特优势。

关键技术方法包括：1）激光粉末床熔融（LPBF）制备AMed铝合金样品；2）大面积EB抛光系统（直径60 mm，能量密度15 J/cm²
）；3）锌酸盐双重处理及化学镀镍工艺；4）表面形貌（激光显微镜）、元素分布（EDX）和截面分析（SEM）等表征技术。

研究结果部分：
表面平滑、修复及氧化层去除
EB抛光使AMed铝合金表面粗糙度参数Sa从3.1 μm降至0.8 μm，形成28.1 μm厚的再凝固层，完全消除飞溅物并填充空腔。EDX分析显示氧含量从20%降至5%以下，实现表面修复与去氧化同步完成。

化学镀膜性能改善
未经EB处理的样品镀膜厚度波动大（3-9 μm），界面存在明显空隙；而EB抛光后镀膜厚度均匀（4.5 μm），无界面缺陷。划痕测试表明，EB处理组镀膜无剥离，而对照组出现局部脱落。

与传统方法对比
手工抛光虽能降低粗糙度，但界面仍残留2 μm级微空隙；EB抛光则完全消除缺陷，且更适用于复杂形状产品。

结论与讨论指出，EB抛光技术通过瞬时熔融机制，同步解决AMed铝合金的表面粗糙、缺陷和氧化三大问题，为后续镀膜工艺奠定理想基材。该技术突破传统方法对复杂形状的限制，处理效率高（数分钟/件），在航空航天、汽车等领域的精密零件制造中具有重要应用价值。研究首次系统验证EB抛光对AMed铝合金镀膜缺陷的抑制作用，为金属增材制造的后处理工艺提供了新范式。论文发表在《Heliyon》期刊，为相关产业提供了可靠的技术解决方案。