用于粉末床熔合增材制造工艺的铝合金粉末制造技术

可通过以下方法制造三维铝合金部件：在基体上分布铝合金粉末进料的层并用高能激光或电子束在选定区域中扫描，该选定区域对应于正在形成的铝合金部件的横截面。在制造期间，选定区域可熔化并形成熔化铝合金材料池。此后，可使熔化铝合金材料池冷却并凝固成为熔合铝合金材料固体层。在熔化铝合金材料池凝固期间，可在形成固相铝枝晶之前于液相铝溶液中形成固相颗粒。所得铝合金部件可呈现多晶结构，该多晶结构主要包括多个等轴晶粒，而非柱状晶粒。

Aluminum Alloy Powder Used in Powder Bed Fusion Addition Manufacturing Process

【技术实现步骤摘要】
用于粉末床熔合增材制造工艺的铝合金粉末引言已经开发了各种铝合金组合物，用于通过铸造和/或热成形操作制造三维铝合金部件，以赋予所得部件某些期望的化学和机械性能。然而，已经发现，当此类铝合金组合物用作粉末床熔合增材制造工艺中的粉末进料时，所得铝合金部件经常呈现出柱状晶粒结构，因此相对易于沿相邻柱状晶粒之间的晶界开裂。因此，本领域需要一种铝合金组合物，其可用于粉末床熔化增材制造工艺中，以形成主要呈现等轴晶粒结构并因此耐受凝固开裂或不受凝固开裂影响的三维铝合金部件。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种用于通过粉末床熔合增材制造工艺制造三维高强度铝合金部件的铝合金粉末。铝合金粉末的每个颗粒可包括铝合金，该铝合金按重量计包括13-25％的硅、0.1-10％的铜和0-2％的镁。当铝合金被加热到高于铝合金液相线温度的第一温度并随后冷却到低于铝合金液相线温度且高于铝合金固相线温度的第二温度时，铝合金可以从液相转变为多相体系。多相体系可包括液相铝溶液以及分散在整个液相铝中的硅颗粒固相。在一种形式中，铝合金可按重量计包括15-22％的硅、2-5.1％的铜和0.6-0.8％的镁。在另一种形式中，铝合金粉末可按重量计包括19-21％的硅、3.5-4.1％的铜和余量的铝。铝还可按重量计包括：大于0％的铁且小于9％的铁，以及大于0％的锰且小于5％的锰。在这种情况下，多相体系可包括液相铝溶液、硅颗粒固相以及分散在整个液相铝中的另一含铁金属间化合物颗粒固相。根据本专利技术的另一方面，提供了一种用于通过粉末床熔合增材制造工艺制造三维高导热率铝合金部件的铝合金粉末。铝合金粉末的每个颗粒可包括铝合金，该铝合金可按重量计包括：大于95％的铝，以及大于0％且小于5％的至少一种成核剂。该至少一种成核剂可包括在低于530摄氏度的温度下在铝中的固体溶解度为按重量计小于0.5％的元素或化合物。当铝合金被加热到高于铝合金液相线温度的第一温度并随后冷却到低于铝合金液相线温度且高于铝合金固相线温度的第二温度时，铝合金可从液相转变为多相体系。多相体系可包括液相铝溶液以及分散在整个液相铝中的至少一种成核剂的颗粒的固相。在一种形式中，该至少一种成核剂可包括在第二温度下在铝中的固体溶解度为按重量计小于或等于2.0％的元素或化合物。制造三维铝合金部件的方法可包括以下步骤。在步骤(a)中，可提供铝合金粉末进料。在步骤(b)中，可在基体上分布粉末进料的层。在步骤(c)中，可用高能激光或电子束扫描粉末进料的层的选定区域，以在其中形成熔化铝合金材料池。粉末进料的层的选定区域可对应于正在形成的铝合金部件的横截面。在步骤(d)中，可终止激光或电子束以使熔化铝合金材料池冷却并凝固成为熔合铝合金材料固体层。可依次重复步骤(b)至(d)以形成由多个熔合铝合金材料固体层构成的铝合金部件。在熔化铝合金材料池凝固期间，可在形成固相铝枝晶之前于液相铝溶液中形成固相颗粒。铝合金部件中的每个熔化铝合金材料固体层可包括连续铝基质相，该连续铝基质相呈现多晶结构并且主要包括多个等轴晶粒。在终止激光或电子束之后，熔化铝合金材料池可以以每秒104开尔文至每秒106开尔文范围内的速率冷却。在熔化铝合金材料池凝固期间，熔化铝合金材料可从完全液相转变为多相体系。在多相体系中，固相颗粒可以分散在整个液相铝溶液中。固相颗粒可用作随后形成固相铝枝晶的核。在这种情况下，固相颗粒在液相铝溶液中形成之后，固相铝枝晶可以在固相颗粒上成核并沿多个方向生长。当相邻的铝枝晶彼此撞击并形成晶界时，固相铝枝晶的生长可被阻止。在一种形式中，铝合金粉末进料的每个颗粒可按重量计包括13-25％的硅。在这种情况下，固相颗粒可包括硅颗粒。铝合金粉末进料的每个颗粒还可按重量计包括：大于0％的铁且小于9％的铁，以及大于0％的锰且小于5％的锰。在这种情况下，固相颗粒可包括硅颗粒和含铁金属间化合物颗粒。铝合金粉末进料的每个颗粒还可按重量计包括0.1-10％的铜和0-2％的镁。在这种情况下，可以将铝合金部件在180℃至210℃的温度下加热持续0.5小时至7小时，以在铝合金部件中的每个熔合铝合金材料固体层的铝基质相中形成至少一种含铜沉淀物相。在另一种形式中，铝合金粉末进料的每个颗粒可按重量计包括：大于95％的铝，以及大于0％且小于5％的至少一种成核剂。该至少一种成核剂可包括在低于530摄氏度的温度下在铝中的固体溶解度为按重量计小于0.5％的元素或化合物。在一个具体实例中，铝合金粉末进料的每个颗粒可按重量计包括大于98％的铝和小于2％的至少一种成核剂。该至少一种成核剂可包括钛(Ti)、硼(B)、铍(Be)、钴(Co)、铬(Cr)、铯(Cs)、铁(Fe)、铪(Hf)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、铅(Pb)、硫(S)、锆(Zr)、锑(Sb)、钪(Sc)、硒(Se)、锶(Sr)、钽(Ta)、钒(V)或钨(W)中的至少一种元素或化合物。在一种形式中，铝合金粉末进料的每个颗粒可按重量计包括大于0％B且小于5％B、大于或等于0.7％Be且小于5％Be、大于或等于0.9％Co且小于5％Co、大于或等于0.3％Cr和小于5％Cr、大于0％Cs且小于5％Cs、大于或等于1.7％Fe且小于5％Fe、大于或等于0.4％Hf且小于5％Hf、大于或等于1.8％Mn且小于5％Mn、大于0％Mo且小于5％Mo、大于0％Nb且小于5％Nb、大于或等于1.4％Pb且小于5％Pb、大于0％S且小于5％S、大于或等于0.9％Sb且小于5％Sb、大于或等于0.4％Sc且小于5％Sc、大于0％Se且小于5％Se、大于或等于0.5％Sr且小于5％Sr、大于0％Ta且小于5％Ta、大于或等于0.12％Ti且小于5％Ti、大于0％V且小于5％V、大于0％W且小于5％W、或大于0％Zr且小于5％Zr中的至少一种。在一种特定形式中，铝合金粉末进料的每个颗粒可按重量计包括大于0.12％的Ti、小于5％的Ti和余量的铝。附图说明图1是二元Al-Si合金体系的温度(℃)对组成平衡相图；图2是根据本专利技术的一个实施例的使用铝合金粉末进料通过粉末床熔合增材制造工艺制造铝合金部件的设备的示意性透视图；图3是在图2设备的构建平台上分布在先前凝固的铝合金材料层上的铝合金粉末进料层的放大视图。图4是撞击并熔化图3的铝合金粉末进料层的激光束的放大视图。图5是在常规铝合金凝固期间在基体表面外延生长的多个柱状铝枝晶的示意图。图6是在图5的常规铝合金凝固后在其内形成的多个单向凝固的柱状晶粒的示意图。图7是多个固相颗粒的示意图，该固相颗粒用作在本专利技术公开的铝合金凝固期间随后铝枝晶的成核及生长的核；以及图8是在图7的铝合金凝固之后在其内形成的多个等轴晶粒的示意图。具体实施方式本专利技术公开的铝合金可制备为粉末形式并用于各种粉末床熔合增材制造工艺中，以生产三维铝合金部件，与主要呈现柱状晶粒结构的铝合金部件相比，该三维铝合金部件主要呈现等轴晶粒结构和相对高的抗凝固开裂性。为了在粉末床熔合工艺中抑制铝合金部件内的柱状晶粒的形成，铝合金包括至少一种元素或化合物，在铝合金凝固期间，该元素或化合物在液相铝溶液中成核并用作随后铝枝晶成核及生长的核。随着铝枝晶从各自的核沿各个方向向外生长，铝枝晶最终撞击相邻的枝晶并形成晶界。因为铝枝晶的成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造三维铝合金部件的方法，所述方法包括：(a)提供铝合金粉末进料；(b)在基体上分布所述粉末进料的层；(c)用高能激光或电子束扫描所述粉末进料的所述层的选定区域，以在其中形成熔化铝合金材料池，所述粉末进料的所述层的所述选定区域对应于正在形成的铝合金部件的横截面；(d)终止所述激光或电子束以使所述熔化铝合金材料池冷却并凝固成为熔合铝合金材料固体层，其中，在所述激光或电子束终止后，所述熔化铝合金材料池以每秒10

【技术特征摘要】
2018.03.23 US 15/9343421.一种制造三维铝合金部件的方法，所述方法包括：(a)提供铝合金粉末进料；(b)在基体上分布所述粉末进料的层；(c)用高能激光或电子束扫描所述粉末进料的所述层的选定区域，以在其中形成熔化铝合金材料池，所述粉末进料的所述层的所述选定区域对应于正在形成的铝合金部件的横截面；(d)终止所述激光或电子束以使所述熔化铝合金材料池冷却并凝固成为熔合铝合金材料固体层，其中，在所述激光或电子束终止后，所述熔化铝合金材料池以每秒104开尔文至每秒106开尔文范围内的速率冷却；以及(e)依次重复步骤(b)至(d)以形成由多个熔合铝合金材料固体层构成的铝合金部件，其中，在所述熔化铝合金材料池凝固期间，在形成固相铝枝晶之前于液相铝溶液中形成固相颗粒，其中所述固相颗粒用作随后形成所述固相铝枝晶的核，其中，所述固相颗粒在所述液相铝溶液中形成之后，所述固相铝枝晶在所述固相颗粒上成核并沿多个方向生长，并且其中，所述铝合金部件中的每个所述熔合铝合金材料固体层包括连续铝基质相，所述连续铝基质相呈现多晶结构并且主要包括多个等轴晶粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述熔化铝合金材料池凝固期间，所述熔化铝合金材料从完全液相转变为多相体系，其中所述固相颗粒分散在整个所述液相铝溶液中。3.根据权利要求1所述的方法，其中当相邻的铝枝晶彼此撞击并形成晶界时，所述固相铝枝晶的生长被阻止。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述铝合金粉末进料的每个颗粒按重量计包括13-25％的硅，并且其中所述固相颗粒包括硅颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述铝合金粉末进料的每个颗粒按重量计还包括：大于0％的铁且小于9％的铁，以及大于0％的锰且小于5％的锰，并且其中所述固相颗粒包括所述硅颗粒和含铁金属间化合物颗粒。6.根据权利要求4所述的方法，其中所述铝合...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·C·博贝尔，T·W·布朗，A·K·萨契戴夫，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国,US