一种铝合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于选区激光熔化成形的铝合金粉末，该铝合金的质量百分数组成为Cu：3.7％

【技术实现步骤摘要】
一种铝合金粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及增材制造
，具体涉及一种铝合金粉末及其制备方法，所述铝合金粉末特别适用于选取激光熔化的加工方式。
技术背景
[0002]选区激光熔化技术(SLM)是一种利用金属粉末逐层熔化制备金属零件的工艺，和传统生产方法相比，SLM技术可以一体成型完全致密的近净成形构件,解决了许多复杂结构零件的成形，并大大减少了加工工序，缩短了加工周期，因此，激光增材制造技术得到了迅速的发展，并在工业上得到了应用。铝合金激光增材制造在汽车、航空航天、和海事在内的各种现代产业高性能复杂零件制造领域已变得越来越重要。
[0003]目前针对铝合金材料增材制造，使用的粉末材料比较固定，一般为AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等铝硅合金居多，由于有较好的焊接性能，增材制造工艺比较成熟。但由于AlSi系列合金力学性能不高，导致增材制造的零件力学性能也不足，不能满足目前对铝合金增材制造零件高强度的要求。近年来许多研究机构开展了高强铝合金粉末的研发，稀土增强铝合金体系是研发重点，其抗拉强度可突破500MPa，但其密度与刚度较一般的AlSi系列合金无明显优势。
[0004]铝锂合金具有密度低、强度高、弹性模量高且损伤容限性优良等特点，用它替代常规铝合金材料，能够使航天构件的密度降低3％，重量减少10％～15％，刚度提高15％～20％，因此被认为是航空航天较为理想的结构材料。
[0005]目前采用选区激光熔化成形技术打印常规铝锂合金材料容易出现微裂纹、强度低等问题，限制了铝锂合金增材制造技术的推广及应用。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种用于选区激光熔化成形的铝合金粉末，该铝合金的质量百分数组成为Cu：3.7％
‑
4.3％，Li：0.8％
‑
1.2％，Mg：0.25
‑
0.8％，Ag：0.25
‑
0.6％，Sc：0.2％
‑
1.0％，Zr：0.1％
‑
0.5％，其余为Al及不可去除的杂质元素。
[0007]根据本专利技术提供的铝合金粉末，所述铝合金粉末的Sc和Zr元素质量百分数比例为2:1。
[0008]根据本专利技术提供的铝合金粉末，在一些优选的实施方式中，所述铝合金粉末中Mg的含量为0.3
‑
0.4％。
[0009]根据本专利技术提供的铝合金粉末，在一些优选的实施方式中，所述铝合金粉末中Ag的添加量比例为0.4
‑
0.5％。
[0010]本专利技术还提供一种用于增材制造的铝合金粉末的制备方法，具体包括以下步骤：
[0011]S1、向中频炉内的坩埚中加入铝锭，并对铝锭进行预热，预热温度为350
‑
450℃；
[0012]S2、将熔炼室的温度升高至700
‑
850℃，使铝锭熔化，熔化开始后向熔炼室通入氩气，使熔炼室压力为0.6
‑
0.9MPa；
[0013]S3、加大中频炉的功率，使坩埚内熔体温度达到1150
‑
1300℃，加入纯铜锭、纯锆、纯银，保温8
‑
15min；
[0014]S4、调低中频炉的功率，使坩埚降温至800
‑
900℃，熔炼室压力调节至0.3
‑
0.7MPa，加入Al
‑
Sc中间合金和Al
‑
Li中间合金，待中间合金熔化完全后，保温5
‑
15min；
[0015]S5、进一步调低中频炉的功率，使坩埚内熔体温度至700
‑
790℃，熔炼室压力调节至0.05
‑
0.15MPa，加入纯镁锭；
[0016]S6、待合金原料完全熔化后，将坩埚保持在780
‑
820℃；
[0017]S7、采用气雾化制粉方式进行制粉。
[0018]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S1之前，用酒精润湿清洁布对熔炼室内壁进行擦拭；坩埚用酒精润湿清洁布进行擦拭。目的是为减少熔炼炉内的水分对熔炼过程影响。
[0019]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S1之前，对熔炼原料进行去氧化膜、超声洗涤和干燥处理。以保证原料纯净度，减少杂质的带入。
[0020]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S1中，在熔炼室真空度达到1
×
10
‑2Pa以下后，向熔炼室中充入高纯氩气，使得熔炼室压力与大气压相同；预热过程中，打开高纯氩气充气阀和单向排气阀。预热使得铝锭释放夹杂气体，高纯氩气能够置换出熔炼室中的夹杂气体。预热时间为8
‑
20min。
[0021]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S5中，在合金原料完全熔化后，将熔炼室压力调节至2
‑
5KPa。
[0022]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，在所述步骤S6之前还具有对完全熔化的熔体进行电磁搅拌的步骤。有利于合金成分的均匀性，提高制粉后的粉末的一致性。
[0023]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S7中，雾化气体压力在0.5MPa～8MPa范围内。
[0024]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，所述步骤S8中，熔炼室气压保持在10KPa以上。在保证熔体顺利流动的基础上减少雾化过程中元素挥发。
[0025]上述方法制备的铝合金粉末的质量百分数组成为Cu：3.7％
‑
4.3％，Li：0.8％
‑
1.2％，Mg：0.25
‑
0.8％，Ag：0.25
‑
0.6％，Sc：0.2％
‑
1.0％，Zr：0.1％
‑
0.5％，其余为Al及不可去除的杂质元素。
[0026]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，上述铝合金粉末的Sc和Zr元素质量百分数比例为2:1。
[0027]根据本专利技术提供的铝合金粉末的制备方法，在一些优选的实施方式中，根据本专利技术提供的铝合金粉末，在一些优选的实施方式中，所述铝合金粉末中Mg的含量为0.3
‑
0.4％。
[0028]根据本专利技术提供的铝合金粉末，在一些优选的实施方式中，所述铝合金粉末中Ag的添加量比例为0.4
‑
0.5％。
[0029]通过添加Sc、Zr、Mg、Ag元素的结合，改变其在选区激光熔化成形快速凝固过程中
的成形能力。Sc元素的添加主要是与Zr元素一并成为铝合金的变质处理剂，在铝合金晶界析出Al3(Sc、Zr)相显著细化粉末晶粒，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝合金粉末，其特征在于，按质量百分数，其包含Cu：3.7％
‑
4.3％，Li：0.8％
‑
1.2％，Mg：0.25
‑
0.8％，Ag：0.25
‑
0.6％，Sc：0.2％
‑
1.0％，Zr：0.1％
‑
0.5％，其余为Al及不可去除的杂质元素。2.根据权利要求1所述的铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末的Sc和Zr元素质量百分数比例为2:1。3.根据权利要求1所述的铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末中Mg的含量为0.3
‑
0.4％。4.根据权利要求1所述的铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末中Ag的添加量比例为0.4
‑
0.5％。5.一种铝合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、向中频炉内的坩埚中加入铝锭，并对铝锭进行预热，预热温度为350
‑
450℃；S2、将熔炼室的温度升高至700
‑
850℃，使铝锭熔化，熔化开始后向熔炼室通入氩气，使熔炼室压力为0.6
‑
0.9MPa；S3、加大中频炉的功率，使坩埚内熔体温度达到1150
‑
1300℃，加入纯铜锭、纯锆、纯银，保温8
‑
15min；S4、调低中频炉的功率，使坩埚降温至800
‑
900℃，熔炼室压力调节至0.3
‑
0.7MPa，加入Al
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：李杜，曹玄扬，严雷鸣，宰雄飞，颜铁林，
申请(专利权)人：长沙新材料产业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：