一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al-Si-Mg合金制造技术

一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al

【技术实现步骤摘要】
一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金


[0001]本专利技术涉及所述一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al
‑
Si
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Mg合金，属于增材制造专用材料领域。

技术介绍

[0002]激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)是一种利用高能量激光束作为热源，根据计算机辅助设计(CAD)数据选择性分层制造，逐层叠加的金属增材制造工艺(AM)，可用于熔化金属粉末成型形状复杂和优良性能的金属零部件，SLM技术可以制造具有几何复杂性和精确度的部件，而不需要去除材料或使用传统制造方法所要求的特殊夹具。由于SLM具有节约原材料、降低能耗、减小零件成本和缩短制造时间等特点，广泛应用于航空航天、汽车和生物医疗等各个领域。
[0003]Al
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Si
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Mg铸造铝合金以其密度低、比强度高、焊接性好、铸造性能优良等优点，广泛应用于传统铸造领域，与其他高强度铝合金相比，亚共晶AlSi7Mg铸造铝合金的固液相线温差相对较小，窄的凝固范围会产生的低的热撕裂敏感性和较好的成型性，成型微观组织主要为α
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Al和连续网状Al
‑
Si共晶产物，时效硬化的Mg/Si析出相也显著提高合金性能。而增材制造过程中的快速凝固(106‑
108℃/s)对于共晶Si相有相当的变质效果，避免了传统铸造工艺粗大板条状共晶Si相严重割裂组织的可能性，但是快速凝固过程中高的温度梯度和定向凝固过程形成了粗大的柱状晶组织、外延晶粒生长以及显微组织中连续的共晶Si网严重制约了Al
‑
Si
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Mg合金的强度和延展性。有限的强度和延展性仍然是阻碍它们作为关键材料在特殊领域中应用的主要瓶颈。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，改善Al
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Si
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Mg合金的综合力学性能，本文针对SLM成型Al
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Si
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Mg合金良好成型性但性能不足特征，在Al
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Si
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Mg合金中加入稀土元素Er和过渡族元素Zr进行组织改性。在合金SLM成型凝固过程中形成的Al3Er、Al3Zr、Al3(Er、Zr)作为异质形核质点，促进熔池边界等轴晶的形成以细化整体组织晶粒，减小外延晶粒的生长，同时对共晶Si产生变质作用，最终达到提升成型态合金综合性能的目的。
[0005]为解决上述技术问题，应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金，其特征在于，为合金粉末，成分质量百分比为：Si：5.00
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8.00wt％，Mg：0.50
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0.80wt％，Er：0
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0.85wt％，Zr：0
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0.50wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。
[0006]优选地，所述的应用于激光选区熔化成型的高性能Al
‑
Si
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Mg合金粉末包括如下质量百分数的组分：
[0007]Si：6.50
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7.50wt％，Mg：0.55
‑
0.65wt％，Er：0.35
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0.45wt％，Zr：0.35
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0.45wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。
[0008]优选地，所述的应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金粉末包括如下质量百分数的组分：
[0009]Si：6.50
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7.50wt％，Mg：0.55
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0.65wt％，Er：0.75
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0.85wt％，Zr：0.35
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0.45wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。
[0010]优选的，所述的应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金粉末，其特征在于，所述合金粉末的粒径分布为20～70μm。
[0011]合金粉末在真空干燥箱中需进行80℃/6h干燥处理，以去除粉末中含有的水分。
[0012]在氩气保护气氛下进行激光选区熔化成型，成型参数分别为：激光功率200～400W，扫描速度900～1600mm/s，扫描间距为130μm，层厚为20～60μm，基板预热温度150℃，扫描方式为条带状扫描，相邻层间扫描旋转67
°
。
[0013]本专利技术利用Al
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Si
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Mg铝合金优良的铸造性的基础上添加改性元素Er和Zr，从而提供一种适用于激光选区熔化成型的Al
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Si
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Mg
‑
Er
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Zr高性能铝合金成分，改善SLM成型后铝合金的综合力学性能。
附图说明
[0014]图1为本专利技术设计的成分为Al7Si0.6Mg0.4Er0.4Zr合金粉末形貌，图(b)是图(a)方框中的放大图。
[0015]图2为本专利技术设计的成分为Al7Si0.6Mg0.4Er0.4Zr合金粉末进行SLM成型后的样品获得的横截面显微组织图像。图(a)是扫描电子显微镜二次电子像，显示了成型样品组织形貌；图(b)是对应图(a)的背散射电子图像，显示了不同衬度的物相。
[0016]图3为本专利技术设计的成分为Al7Si0.6Mg0.4Er0.4Zr合金粉末进行SLM成型后的样品获得的纵截面EBSD图像。
[0017]图4为本专利技术设计的成分为Al7Si0.6Mg0.8Er0.4Zr合金粉末进行SLM成型后的样品获得的横截面显微组织图像。图(a)是扫描电子显微镜二次电子像，显示了成型样品组织形貌；图(b)是对应图(a)的背散射电子图像，显示了不同衬度的物相。
具体实施方式
[0018]以下结合具体实施例对本专利技术做详细说明，本专利技术并不限于以下实施例。
[0019]实施例1
[0020]粉末制备
[0021]采用气雾化方法制备本专利技术应用于激光选区熔化成型的Al7Si0.6Mg0.4Er0.4Zr合金粉末，所制得的合金原料粉末主要成分质量百分比为：Si：6.50
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7.50wt％，Mg：0.55
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0.65wt％，Er：0.35
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0.45wt％，Zr：0.35
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0.45wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。
[0022]经气雾化方法制备的粉末，按照标准筛分网筛分出规定粒度为25
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60μm范围内的合金粉末。
[0023]粉末检测
[0024]本专利技术的实施方式所提供的应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金，其特征在于，为合金粉末，成分质量百分比为：Si：5.00
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8.00wt％，Mg：0.50
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0.80wt％，Er：0
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0.85wt％，Zr：0
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0.50wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。2.按照权利要求1所述的一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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Mg合金，其特征在于，Si：6.50
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7.50wt％，Mg：0.55
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0.65wt％，Er：0.35
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0.45wt％，Zr：0.35
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0.45wt％，其余为Al及一些不可避免的杂质。3.按照权利要求1所述的一种应用于激光选区熔化成型的高性能Al
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Si
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【专利技术属性】
技术研发人员：聂祚仁，张波，魏午，黄晖，郭彦梧，文胜平，高坤元，荣莉，吴晓蓝，梁亚茹，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：