一种增材制造铝合金的制备方法技术

本发明专利技术提供一种增材制造铝合金的制备方法，包括以下步骤：(1)气雾化制粉：将铝合金原料一起熔炼成熔体后，采用高压惰性气体将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后形成粉末；(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料；(3)冷变形加工：在室温下将步骤(2)的坯料进行塑性加工得到变形坯料；(4)对变形坯料进行热处理得到铝合金。本发明专利技术在选区激光熔化技术的基础上增加变形加工处理，可将选区激光熔化过程中残留的孔隙去除，提高铝合金的致密度和组织均匀性，从而提高铝合金的综合力学性能；而且在室温下进行轧制、挤压和锻造，坯料中细小的组织将不会发生粗化。

A Method of Manufacturing Aluminum Alloy by Adding Material

The invention provides a preparation method for adding material to manufacture aluminium alloy, which includes the following steps: (1) powder making by gas atomization: after melting aluminium alloy raw materials together into melt, the melt is broken into small droplets by high pressure inert gas, and then the powder is formed by solidification and cooling; (2) the powder is made into lumpy billet by selective laser melting technology; (3) cold deformation processing: steps are taken at room temperature.\uff08 2) The deformed billet is obtained by plastic processing; (4) Aluminum alloy is obtained by heat treatment of the deformed billet. The invention adds deformation processing on the basis of selective laser melting technology, which can remove the remaining pore in selective laser melting process, improve the density and structure uniformity of aluminium alloy, thereby improving the comprehensive mechanical properties of aluminium alloy, and carry out rolling, extrusion and forging at room temperature, the fine structure in the blank will not be coarsened.

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造铝合金的制备方法
本专利技术涉及金属材料制备
，尤其涉及一种增材制造铝合金的制备方法。
技术介绍
铝合金具有密度小、比强度高、耐蚀性好、加工和成型性优良、成本低等优势，是现代化工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料。尤其是高性能铝合金，对于航空、航天、武器、船舶等武器装备领域至关重要，如航空领域大量采用铝厚板加工而成的复杂的整体结构件代替以前用很多零件装配而成的部件，不但能减轻结构重量，提高载重量和航程，而且高性能铝合金还能保证飞机性能的稳定，主要用于起落架、发动机舱、飞机机身部件、座椅、操纵系统等，在大多数情况下可替代铝模锻件。铝合金的传统成型工艺一般需要将原料熔化后在模具中浇铸，后续再进行变形加工、固溶、时效处理等。传统的成型工艺由于在固溶处理过程中合金元素在基体中的析出导致某些合金元素的固溶度受限，逐渐难以满足现代科学技术的发展对材料越来越高的要求。增材制造，即3D打印，是一种新型的材料成型技术，通过材料自下而上层层累加而制作成各种复杂的结构。选区激光熔化技术作为增材制造中的一种，利用激光的热作用将金属粉末完全熔化，然后迅速冷却凝固而成型。由于选区激光熔化技术能够实现金属熔体的快速冷却成型，有望解决传统成型工艺中合金元素固溶度受限的问题。使用选区激光熔化技术制作铝合金零件需要先将铝合金的原料进行熔炼、气雾化制粉；然后通过专用软件对零件三维数模进行切片分层；获得各截面的轮廓数据后，在粉末台上铺一层铝合金粉末，根据轮廓数据控制激光扫描该层粉末，待其快速升温熔化后停止激光扫描使其快速冷却凝固；接着再该层基础上继续逐层铺粉，逐层激光扫描熔化、凝固堆积成所需结构。由于该技术是一层层铝合金粉末熔化后凝固堆积而成，操作过程中下面一层已经冷却凝固，而上一层则处于熔化状态，相邻两层无法同步熔合冷却，在接合处将产生孔隙，导致铝合金力学性能下降。
技术实现思路
基于此，本专利技术提供一种增材制造铝合金的制备方法，能够消除选区激光熔化凝固过程中的残余孔隙并提高组织均匀性，获得具有致密、均一显微组织的铝合金。本专利技术所述增材制造铝合金的制备方法包括以下步骤：(1)气雾化制粉：将铝合金原料一起熔炼成熔体后，采用高压惰性气体将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后形成粉末；(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料；(3)冷变形加工：在室温下将步骤(2)的坯料进行塑性加工得到变形坯料；(4)对变形坯料进行热处理得到铝合金。相对于现有技术，本专利技术在选区激光熔化技术的基础上增加变形加工处理，可将选区激光熔化过程中残留的孔隙去除，提高铝合金的致密度和组织均匀性，从而提高铝合金的综合力学性能；而且在室温下进行轧制、挤压和锻造，坯料中细小的组织将不会发生粗化。进一步，步骤(2)具体包括如下步骤：①在基板上铺设一层步骤(1)制得的粉末，然后使用高能激光逐步扫描该层粉末使其熔化，凝固冷却后得到第一层坯料基体；②在第一层表面铺设第二层粉末，使用高能激光逐步扫描该层粉末使其熔化，凝固冷却后得到第二层坯料基体；③如此重复多次，直至得到设定尺寸和形状的块状坯料。进一步，激光扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为200～400W，激光扫描速率为400～2000mm/s。进一步，步骤(1)中所述高压惰性气体的压力为0.9～1.3MPa。进一步，步骤(1)中所述粉末粒径为15～53μm。进一步，步骤(4)中的热处理为在120～160℃下保温12～48h。进一步，所述冷变形加工压力为120～200MPa。附图说明图1为实施例1制备的Al-10Si-Mg合金的显微组织；图2为实施例1制备的合Al-10Si-Mg合金的拉伸断口形貌；图3为实施例1制备的Al-10Si-Mg合金的X射线衍射图谱；图4为实施例1制备的Al-10Si-Mg合金的拉伸应力-应变曲线；图5为实施例2制备的Al-6Mg-0.3Sc合金的显微组织；图6为实施例2制备的Al-6Mg-0.3Sc合金的拉伸断口形貌；图7为实施例2制备的Al-6Mg-0.3Sc合金的X射线衍射图谱；图8为实施例2制备的Al-6Mg-0.3Sc合金的拉伸应力-应变曲线。具体实施方式本专利技术通过将选区激光熔化技术与变形加工技术相结合来消除增材制造过程中残留的孔隙，以下通过具体实施例来详细说明本专利技术的技术方案。实施例1本实施例将制备Al-10Si-Mg合金，具体步骤如下：(1)气雾化制粉以纯铝、Al-Si中间合金、纯Mg为原料，将原料按照10％Si、0.4％Mg、余量为Al的重量百分比配料后熔炼成熔体。对熔体除渣后使用0.9～1.3MPa的高压氮气将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后分级处理得到15～53μm的粉末。(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料使用软件建立铝合金坯料的模型，并进行切片分层，然后将数据导入选区激光熔化设备中。在选区激光熔化设备中的粉末台上铺上第一层步骤(1)制得的粉末，然后根据数据控制激光选择性地扫描第一层粉末，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为200～400W，激光扫描速率为400～2000mm/s。第一层扫描结束后，待其冷却凝固得到第一层坯料基体后继续铺上第二层粉末，重复上面的激光扫描操作。如此重复多次得到块状的坯料。(3)冷变形加工在室温下对步骤(2)制得的坯料进行多道次轧制得到变形坯料，其中每道次变形量为15～16％，总变形量为70～75％。(4)对变形坯料进行热处理得到铝合金。将变形坯料加热到160℃并保温12h得到最终的Al-10Si-Mg合金。请参看图1和图2，其中图1是Al-10Si-Mg合金的SEM显微组织，图2为Al-10Si-Mg合金的断口扫描照片。图1反映Al-10Si-Mg合金内部组织尺寸细小、分布均匀，图2反映出Al-10Si-Mg合金具有很高的致密性。同时图3的X射线衍射物相分析反映本专利技术制备的Al-10Si-Mg合金只有各合金元素的单质衍射峰，没有明显的杂峰，说明Al-10Si-Mg合金中个合金元素均匀分布，没有发生偏析现象。对Al-10Si-Mg合金进行力学测试，得到如图4所示的拉伸应力-应变曲线。根据图4可知，在应变在0.55％以内，拉伸应力与应变成正比，说明Al-10Si-Mg合金在该范围内发生可恢复的弹性形变，且最高可产生450MPa的拉伸应力；在应变超过0.55％后，拉伸应力-应变曲线出现微小的屈服锯齿，Al-10Si-Mg合金发生弹塑性形变，且拉伸应力维持在500MPa左右。实施例2本实施例将制备Al-6Mg-0.3Sc合金，具体步骤如下：(1)气雾化制粉以纯铝、Al-Sc中间合金、纯Mg为原料，将原料按照6％Mg、0.3％Sc、余量为Al的重量百分比配料后熔炼成熔体。对熔体除渣后使用0.9～1.3MPa的高压氮气将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后分级处理得到15～53μm的粉末。(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料使用软件建立铝合金坯料的模型，并进行切片分层，然后将数据导入选区激光熔化设备中。在选区激光熔化设备中的粉末台上铺上第一层步骤(1)制得的粉末，然后根据数据控制激光选择性地扫描第一层粉末，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为200～400W，激光扫描速率为400～2000mm/s。第一层扫本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增材制造铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)气雾化制粉：将铝合金原料一起熔炼成熔体后，采用高压惰性气体将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后形成粉末；(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料；(3)冷变形加工：在室温下将步骤(2)的坯料进行塑性加工得到变形坯料；(4)对变形坯料进行热处理得到铝合金。

【技术特征摘要】
1.一种增材制造铝合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)气雾化制粉：将铝合金原料一起熔炼成熔体后，采用高压惰性气体将熔体破碎成细小液滴，凝固冷却后形成粉末；(2)采用选区激光熔化技术将上述粉末制成块状的坯料；(3)冷变形加工：在室温下将步骤(2)的坯料进行塑性加工得到变形坯料；(4)对变形坯料进行热处理得到铝合金。2.根据权利要求1所述增材制造铝合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)具体包括如下步骤：①在基板上铺设一层步骤(1)制得的粉末，然后使用高能激光逐步扫描该层粉末使其熔化，凝固冷却后得到第一层坯料基体；②在第一层表面铺设第二层粉末，使用高能激光逐步扫描该层粉末使其熔化，凝固冷却后得到第二层坯料基体；③如此重复多次，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡志勇，王日初，马如龙，周朝辉，李晓庚，曹玄扬，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43