一种激光选区熔化用铝合金粉末及激光选区熔化成形的方法与流程

本发明涉及激光增材制造，尤其涉及一种激光选区熔化用铝合金粉末及激光选区熔化成形的方法。

背景技术：

1、近年来，尤其在轻质铝合金大量使用的汽车、空天等领域，具有复杂形貌和多功能的金属零构件已成为现代工业体系下实现多个部件物理集成的重要载体。一般而言，轻质铝合金应具有优良的力学性能和低成本等特征，例如以al-cu为基础体系的2024铝合金。但是2024铝合金复杂零构件的加工难度大，而且成形后的铝合金构件力学性能差，严重影响了其集成化应用前景。

2、激光选区熔化技术(selective lasermelting(slm)或者laserpowderbed fusion(lpbf))，可以很好地制造复杂零构件。在激光选区熔化专用铝合金体系的研究中，以共晶al-si合金体系为基础的alsi12、alsi10mg等材料的激光选区熔化成形技术相对比较成熟，但成形后铝合金构件的力学性能不高，一般低于350mpa；而传统中强度al-cu系和高强度al-zn系铝合金由于凝固区间温度跨度大(例如2024或7075铝合金)，在激光选区熔化成形末期的凝固过程中易产生一定的热裂倾向，而增材制造的快速冷却与非平衡凝固将带来接近屈服极限的残余拉应力，从而使成形零件发生开裂。

3、因此，提供一种适用于激光选区熔化成形技术的铝合金粉末，在利用激光选区熔化成形得到的铝合金构件不会发生开裂且能够具备较高的力学性能成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种激光选区熔化用铝合金粉末及其激光选区熔化成形的方法，本发明提供的激光选区熔化用铝合金粉末在激光选区熔化成形后得到的铝合金构件无开裂现象，致密度高，力学性能好。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种激光选区熔化用铝合金粉末，包括如下质量百分比的元素：fe1.3～1.7％，cr 1.0～1.3％，cu 0.8～1.2％，mn 0.4～0.9％，mg 0.1～0.3％，ti 0.3～0.6％，zr 0.3～0.6％，o≤0.05％，si≤0.1％和余量al。

4、优选地，所述的激光选区熔化用铝合金粉末包括如下质量百分比的元素：fe 1.35～1.65％，cr 1.05～1.25％，cu 0.85～1.15％，mn 0.45～0.85％，mg0.15～0.25％，ti0.35～0.55％，zr 0.35～0.65％，o≤0.04％，si≤0.08％和余量al。

5、优选地，所述激光选区熔化用铝合金粉末还包括其他不可避免的杂质元素，所述其他不可避免的杂质元素的质量百分比≤0.1％。

6、优选地，所述激光选区熔化用铝合金粉末的粒度分布为：d10为8～15μm，d50为20～30μm，d90为35～45μm。

7、优选地，所述激光选区熔化用铝合金粉末的松装密度大于1.43g/cm2，所述激光选区熔化用铝合金粉末的霍尔流速小于80s/50g。

8、优选地，所述激光选区熔化用铝合金粉末由原子气雾化法制备得到。

9、本发明还提供了一种激光选区熔化成形的方法，包括：利用计算机绘制目标成形的三维模型和设置激光选区熔化的参数，然后以上述技术方案所述的激光选区熔化用铝合金粉末为原料在基板上进行激光选区熔化，得到铝合金构件。

10、优选地，所述激光选区熔化成形的参数为：激光功率为340～360w，激光扫描速度为500～1500mm/s，激光扫描线间距为110～130μm，激光扫描层间转角为65～70°，每层铺粉粉层的厚度独立地为28～32μm。

11、优选地，所述基板的预热温度为140～170℃。

12、优选地，所述的激光选区熔化用铝合金粉末在使用前进行干燥；所述干燥的温度为110～150℃，所述干燥的时间为2～4h；所述干燥的方式为真空干燥或气体保护干燥。

13、本发明提供了一种激光选区熔化用铝合金粉末，包括如下质量百分比的元素：fe1.3～1.7％，cr 1.0～1.3％，cu 0.8～1.2％，mn 0.4～0.9％，mg 0.1～0.3％，ti 0.3～0.6％，zr 0.3～0.6％，o≤0.05％，si≤0.1％和余量al。本发明提供的激光选区熔化用铝合金粉末在al基体中加入fe元素，可以形成以al-fe金属间化合物为主的纳米增强相；加入cr元素，可以对部分fe元素位置进行取代，形成al-(fe，cr)三元化合物，如al91fe4cr5准晶等；加入cu元素可以形成al2cu(θ相)等纳米金属间化合物；加入mg元素，可以对cu的部分位置进行取代，从而获得一定数量的al-cu-mg金属间化合物相；加入mn元素，可以对al6fe金属间化合物中的fe元素进行置换，形成al6(fe,mn)相，从而优化铝合金的晶粒尺寸与形貌；加入ti元素，可以与al基体形成al3ti相，作为异质形核核心，实现铝基体晶粒从柱状晶到等轴晶的转变；加入zr元素，可以在部分位置与ti元素进行取代，获得al3(ti，zr)相，从而促进铝合金在激光选区熔化过程中的异质形核效果，有利于晶粒细化，提高组织致密度。因此，本发明将上述多种合金元素加入al基体后可以形成多种强化相，从而有效提高铝合金的致密度和力学性能。另外，本发明还严格限制si和o元素的含量，从而避免激光选区熔化过程形成脆性相并引发开裂问题，保证铝合金构件具有较高的力学性能。

14、实施例的结果表明，本发明提供的激光选区熔化用铝合金粉末在激光选区熔化成形后得到的铝合金构件的致密度可达99.9％，室温下的抗拉强度大于400mpa，屈服强度大于300mpa，延伸率大于4％。另外，本发明提供的激光选区熔化用铝合金粉末没有添加昂贵的稀土元素，成本低。

技术特征：

1.一种激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：fe 1.3～1.7％，cr 1.0～1.3％，cu 0.8～1.2％，mn 0.4～0.9％，mg0.1～0.3％，ti 0.3～0.6％，zr 0.3～0.6％，o≤0.05％，si≤0.1％和余量al。

2.如权利要求1所述的激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，包括如下质量百分比的元素：fe 1.35～1.65％，cr 1.05～1.25％，cu 0.85～1.15％，mn 0.45～0.85％，mg0.15～0.25％，ti 0.35～0.55％，zr 0.35～0.65％，o≤0.04％，si≤0.08％和余量al。

3.如权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，所述激光选区熔化用铝合金粉末还包括其他不可避免的杂质元素，所述其他不可避免的杂质元素的质量百分比≤0.1％。

4.如权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，所述激光选区熔化用铝合金粉末的粒度分布为：d10为8～15μm，d50为20～30μm，d90为35～45μm。

5.如权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，所述激光选区熔化用铝合金粉末的松装密度大于1.43g/cm2，所述激光选区熔化用铝合金粉末的霍尔流速小于80s/50g。

6.如权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉末，其特征在于，所述激光选区熔化用铝合金粉末由原子气雾化法制备得到。

7.一种激光选区熔化成形的方法，其特征在于，包括：利用计算机绘制目标成形的三维模型和设置激光选区熔化的参数，然后以权利要求1～6任意一项所述的激光选区熔化用铝合金粉末为原料在基板上进行激光选区熔化，得到铝合金构件。

8.如权利要求7所述的激光选区熔化成形的方法，其特征在于，所述激光选区熔化成形的参数为：激光功率为340～360w，激光扫描速度为500～1500mm/s，激光扫描线间距为110～130μm，激光扫描层间转角为65～70°，每层铺粉粉层的厚度独立地为28～32μm。

9.如权利要求7所述的激光选区熔化成形的方法，其特征在于，所述基板的预热温度为140～170℃。

10.如权利要求7所述的激光选区熔化成形的方法，其特征在于，所述的激光选区熔化用铝合金粉末在使用前进行干燥；所述干燥的温度为110～150℃，所述干燥的时间为2～4h；所述干燥的方式为真空干燥或气体保护干燥。

技术总结
本发明提供了一种激光选区熔化用铝合金粉末及激光选区熔化成形的方法，属于激光增材制造技术领域。本发明提供的激光选区熔化用铝合金粉末包括如下质量百分比的元素：Fe1.3～1.7％，Cr1.0～1.3％，Cu0.8～1.2％，Mn0.4～0.9％，Mg0.1～0.3％，Ti0.3～0.6％，Zr0.3～0.6％，O≤0.05％，Si≤0.1％和余量Al。本发明通过在Al基体中加入多种合金元素能够形成多种强化相以提高铝合金的致密度和力学性能。本发明提供的铝合金粉末在激光选区熔化成形后得到的铝合金构件的致密度可达99.9％，室温抗拉强度大于400MPa，屈服强度大于300MPa，延伸率大于4％。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：陕西兴华业三维科技有限责任公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5