一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于新材料制备技术领域，具体涉及一种增材制造用高强韧Al

【技术实现步骤摘要】
一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
‑
Zn合金及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于新材料制备
，具体涉及一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
‑
Zn合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]铝合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点，在工业生产各种领域被广泛运用。随着航空航天和轨道交通的发展，轻质、高强材料和结构优化设计已经成为先进制造业的主题。传统的铝合金制备方法包括铸造、锻造和粉末冶金等，但是这些传统的制备方法不仅效率低，并且限制了结构设计。而选区激光熔化技术是一种常见的增材制造技术，它能够制备结构复杂的铝合金构件，同时具备优异的机械性能。
[0003]选区激光熔化快速凝固成形的过程能促进形成过饱和固溶体和细小弥散析出相。然而在这个高温快冷的加工过程中，容易形成极大的热应力，这将会造成样件开裂。快速凝固过程对于打印金属的凝固区间有严格的限制，凝固区间过大将会限制合金成形，并伴随产生裂纹，气孔等缺陷，严重降低样件成形质量。现在集中研究的铝合金主要是Al
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Si和Al
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Mg，Al
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Si系列(AlSi10Mg、Al
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12Si)成型性好，但是综合力学性能尚待提高(强度与塑性)，而Al
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Mg系列成型性于性能统一的前提是要添加Sc、Zr等贵金属，这将提高制备成本，不适合工业大规模成产。因此开发一种制备成本低、成形好的新型高强韧铝合金对于推进选区激光熔化技术制造铝合金构件的应用前景具有重要意义。

技术实现思路

[0004]针对现阶段选区激光熔化技术制备高强铝合金的不足，本专利技术的目的在于开发一种适用于增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金及其制备方法。利用选区激光熔化技术和低温时效热处理工艺,以制成纳米尺度的网状共晶组织和多种增强相共存的高强韧铝合金。
[0005]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金及其制备方法和应用，其利用选区激光熔化技术和短时低温时效热处理工艺，制成纳米尺度的网状共晶组织和多种增强相共存的高强韧铝合金。
[0006]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金，所述Al
‑
Mg2Si合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 3.5～9.5％，Si 1.3～3.5％，Mn 0.4～0.9％，Fe 0.05～2.5％，Zn 2.0～5.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。
[0007]作为优选方案；本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金，所述Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金以质量百分比计由下述成分组成为：Mg4.5～6.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 0.5～0.8％，Fe 0.1～0.5％，Zn 2.5～4.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。
[0008]作为优选；所述Al
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Mg2Si
‑
Zn合金组织由过饱和固溶体α
‑
Al、网状Al
‑
Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al
‑
Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。
[0009]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的制备方法，Al
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Mg2Si
‑
Zn合金经
过合金化，制造出符合成分要求的合金铸锭；所得合金铸锭经过重熔和除气后进行雾化形成的合金粉末，得到增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
‑
Zn合金粉末；其平均粒径20～80μm。在工业上应用时，把气雾化工艺制备的球形粉末筛分(如利用200目筛进行振动筛分)、真空干燥；得到平均粒径20～80μm的3D打印备用粉末。所述Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金粉末置于真空干燥箱干燥，真空度保持在10
‑3MPa，时间为12小时，温度设为100℃。
[0010]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金的应用，所述Al
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Mg2Si
‑
Zn合金为粉末状，其通过增材制造形成不同形状的零部件；所述零部件的合金组织由过饱和固溶体α
‑
Al、网状Al
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Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al
‑
Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。所述增材制造工艺包括选区激光熔化技术。
[0011]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用；将Al
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Mg2Si
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Zn合金粉末逐层铺设于基板上，根据三维模型进行层与层激光扫描成型，熔化凝固成形，得到成形件；所述的激光扫描成型过程中，参数包括：铺粉厚度为0.03～0.06mm，激光功率为200～500W、优选为290～500W，激光扫描速率为300～1200mm/s、优选为800～1200mm/s，扫描间距0.05～0.12mm。
[0012]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用；激光扫描成型所用成型基板预热温度为100～150℃，以此减小激光成型过程中产生的热应力。作为优选，所述的成型基板为铸造Al
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Mg2Si合金，以此增加第一层粉末在成型过程中与基板的润湿性。
[0013]本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用；成形件经热处理得到热处理后的成形件；所述热处理的温度为100～220℃，时间为10分钟～8小时。
[0014]作为优选方案，本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用；所述热处理的温度为160～200℃，时间为30分钟～6小时。
[0015]作为优选方案，本专利技术一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用；当铝合金组合物的成分及百分含量为
[0016]Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe 0.2～0.35％(进一步优选为0.2％)，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种增材制造用高强韧Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金，其特征在于：所述Al
‑
Mg2Si合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 3.5～9.5％，Si 1.3～3.5％，Mn 0.4～0.9％，Fe 0.05～2.5％，Zn 2.0～5.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。2.根据权利要求1所述的一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金，其特征在于：所述Al
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Mg2Si
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Zn合金以质量百分比计由下述成分组成为：Mg4.5～6.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 0.5～0.8％，Fe 0.1～0.5％，Zn 2.5～4.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。3.一种如权利要求1
‑
2任意一项所述增材制造用高强韧Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金的制备方法，其特征在于：Al
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Mg2Si
‑
Zn合金经过合金化，制造出符合成分要求的合金铸锭；所得合金铸锭经过重熔和除气后进行雾化形成的合金粉末，得到增材制造用高强韧Al
‑
Mg2Si
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Zn合金粉末；其平均粒径20～80μm。4.一种如权利要求1
‑
2任意一项所述增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用，其特征在于：所述Al
‑
Mg2Si
‑
Zn合金为粉末状，其通过增材制造形成不同形状的零部件；所述零部件的合金组织由过饱和固溶体α
‑
Al、网状Al
‑
Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al
‑
Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。5.根据权利要求4所述的一种增材制造用高强韧Al
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Mg2Si
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Zn合金的应用，其特征在于：将Al
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【专利技术属性】
技术研发人员：杨海林，杨飞鹏，张雷，汪建英，文涛，艾心海，冀守勋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：