本发明专利技术涉及用于通过增材制造的方式制造三维物体的粉末混合物，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料。在各自的粉末混合物中，第一材料包括铝合金或其单质前体的混合物，并且是粉末形式，第二材料包括Zr和/或Hf的金属粉末。通过添加第二材料，可能通过增材制造制备具有高极限拉伸强度和屈服强度的三维物体。本发明专利技术还涉及制备相应的粉末混合物和三维物体的工艺，相应制备的三维物体和实施制备这种物体的工艺的装置，以及相应的粉末混合物在提高基于铝合金的三维物体的极限拉伸强度和屈服强度中的一项或多项的用途。强度中的一项或多项的用途。强度中的一项或多项的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于直接金属激光烧结的包含Zn作为主要合金元素的可焊接铝合金
[0001]本专利技术涉及用于通过增材制造的方式制造三维物体的粉末混合物，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料。在各自的粉末混合物中，第一材料包括铝合金或其单质(elemental)前体的混合物，并且是粉末形式，第二材料包括Zr和/或Hf的金属粉末。本专利技术还涉及制备相应的粉末混合物和三维物体的工艺，相应制备的三维物体和实施制备这种物体的工艺的装置，以及相应的粉末混合物在提高基于铝合金的三维物体的极限拉伸强度和屈服强度中的一种或多种的用途。
技术介绍
[0002]铝合金，特别是提供高强度的铝合金，是车辆和飞机(特别是汽车)制造方面的深入研究对象，因为人们不断以提高性能和燃油效率为目标。现如今，许多用于汽车的轻金属部件是由铝合金和/或镁合金制成的，通常用于形成承重部件，这些部件必须坚固和坚硬，并具有良好的强度和延展性(例如，伸长率)。高强度和延展性对于车辆(例如汽车)的安全要求和坚固性尤为重要。虽然常规的钢和钛合金提供耐高温性，但是这些合金要么很重，要么相对昂贵。
[0003]用于形成汽车结构部件的轻金属合金的廉价替代品是基于铝的合金。这种合金通常可以通过体积成形(bulk forming)工艺，例如挤压、轧制、锻造、冲压或铸造技术，例如压铸、砂铸、熔模铸造(精铸)、重力压铸等，加工成所需部件。
[0004]近年来，“快速成型”或“快速模具”在金属加工领域获得越来越多的关注。这些方法也被称为选择性激光烧结和选择性激光熔化。在这种情况下，反复施加一层薄的粉末状材料，并在每一层中选择性地将材料固化在后期产品所位于的区域。通过暴露在激光束下，材料首先在预定的位置被熔化，然后固化。因此，可以相继构建成三维体。
[0005]例如，在EP 1 762 122A1中公开一种通过选择性激光烧结或选择性激光熔化生产三维物体的方法和用于执行该方法的设备。
[0006]在现有技术中，各种用于选择性激光熔化的铝合金是已知的，并可在市场上获得。这些材料主要是AlSi材料，例如AlSi10Mg、AlSi12、AlSi9Cu3，然而，这些材料只有平均的强度和微观结构。
[0007]EP 3 181 711A1中描述一种用于增材制造的AlMgSc型高强度合金。在这些合金中，金属间的Al
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Sc相具有很强的强度增加效果，因此达到>400MPa的屈服强度。然而，这些合金所需的Sc(以0.6
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3wt.
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％的含量使用)是非常昂贵的，而且该材料也严重依赖于足够量的钪的生产。另一个缺点是，EP 3 181 711A1中描述的合金不适合>180℃的使用温度，因为AlMg基体倾向于软化和蠕变。
[0008]用于增材制造的另一种合金方法是Al
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MMC(MMC＝金属基复合材料)概念，其在室温下具有与EP 3 181 711A1的AlMgSc合金类似的机械性能。然而，这些材料的问题是，在高于200℃的温度下，其强度会显著下降。Al
‑
MMC概念的另一个问题是，该材料由两种或多种
成分的粉末混合物组成，这使得运输、储存和再利用变得困难，因为物理过程不能排除混合比例的变化。另一个缺点是MMC金属陶瓷复合材料的负面回收行为，以及Al
‑
MMC的机械后处理更加困难，而且成本更高。
[0009]与高强度铝合金生产相关的另一个问题是，在通过焊接进行加工时，其往往很容易形成热裂纹。这种类型的合金尤其存在于7xxx系列(Al
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Zn，其中Zn作为主要的合金成分存在)中，到目前为止，这使得这种合金无法在增材制造方法中使用。
[0010]当铝焊缝在经历各种程度的凝固时，存在高水平的热应力和凝固收缩时，会产生热裂纹或凝固裂纹。任何铝合金的热裂纹敏感性都受到机械、热量和冶金因素的综合影响。
[0011]影响铝焊缝热裂纹敏感性的最重要因素可能是枝晶相干(dendrite coherence)的温度范围和凝固过程中的液体类型和含量。相干是指枝晶开始互锁(inter
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lock)，以至于融化的材料开始形成糊状的阶段。相干范围是指相干的互锁的枝晶的形成与凝固温度之间的温度。相干范围越宽，就越有可能发生热裂纹，因为在互锁的枝晶之间的凝固应变不断累积。
[0012]在增材制造方法中，由于每一步过程中只有一小部分合金被熔化和重新凝固，材料上的应变甚至高于常规铸造，因为要熔化和凝固的部分的加热和冷却速率明显高于常规铸造。这样做的结果是，在用增材制造法制备物体时，与用常规铸造制备的相同物体相比，发现容易产生热裂纹的铝合金的热裂纹要明显得多。
[0013]另一方面，如上所述，这种铝合金在生产汽车和飞机部门的结构和部件方面具有特别的优势，例如其重量轻、成本低，并具有足够的耐腐蚀性。此外，常规铸造可以实现的形状组合是有限的，因此可能无法用这种铝合金构建零件。因此，本领域存在对相应合金的需求，这些合金可以通过增材制造方法进行加工，以提供相应的零件，同时尽可能避免热裂纹，以提供具有所需物理特性的物体。
[0014]此外，还需要有相应制备的物体和部件，以及可以制备这些物体和部件的方法。
[0015]本申请解决了这些需求。
技术实现思路
[0016]因此，在第一方面，本专利技术涉及用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中第一材料包括铝合金或其单质前体的混合物，并且是粉末形式的，第二材料包括Zr和/或Hf材料的金属粉末。
[0017]术语“铝合金”是指理解为该粉末包含作为铝合金主要部分的铝，即铝优选地占铝合金总量的至少60wt.
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％，更优选至少70wt.
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％，甚至更优选至少80wt.
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％。
[0018]在第一方面的一个优选实施例中，该铝合金是以Zn为主要合金共金属的铝合金。即除了铝之外，其他金属在合金中的含量低于这种铝合金中的Zn含量。
[0019]该铝合金可以用作具有最终要制备的铝合金成分的铝合金(第二材料和任选增强材料除外)，或可以用作具有要制备的铝合金的一种或多种(但不是全部)成分的预合金。在这种情况下，相对于最终要制备的铝合金，预合金中缺少的元素可以以单质的或合金的形式加入，以形成第一材料。在这方面，术语“单质的”指的是除了不可避免的杂质外，该材料仅由相应的元素组成。
[0020]在另一种情况中，第一材料还可以包含通过增材制造方法加工后待形成的铝合金
的单质前体。在这种替代方案中，铝不是以合金的形式存在，而是用作合金的纯前体。为此，除了常规纯铝中不可避免的杂质外，铝是以单质形式存在的。
[0021]由于在这个替代方案中，铝基本上是纯的形式(即除了不可避免的杂质外是纯的)，很明显的是，第一材料不是仅由铝的粉末颗粒构成，还包括额外的粉末颗粒，其中第一材本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于通过增材制造方法制造三维物体的粉末混合物，其中所述粉末混合物包括第一材料和第二材料，其中所述第一材料包括铝合金或其单质前体的混合物，优选以Zn为主要合金成分的铝合金，并且是粉末形式，并且其中所述第二材料包括Zr和/或Hf的金属粉末。2.根据权利要求1所述的粉末混合物，其中所述第一材料包含铝和4.0至6.1wt.
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％的Zn、1.5至3.0wt.
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％的Mg、最高达0.6wt.
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％的Fe、最高达0.50wt.
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％的Si，以及以下中的一种或多种：最高达0.35wt.
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％的Cr、最高达0.5wt.
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％的Mn、最高达2.0wt.
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％的Cu、最高达0.25wt.
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％的Ti和0.1至0.25wt.
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％的Zr。3.根据权利要求2所述的粉末混合物，其中所述第一材料包含小于或等于0.25wt.
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％的Cu、小于或等于0.35wt.
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％的Cr和0.05至0.5wt.
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％的Mn，并且其中Mn和Cr的组合含量>0.15wt.
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％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的粉末混合物，其中根据激光散射或激光衍射所确定的第一材料的中位晶粒尺寸d50为1μm以上，优选为10μm以上，和/或150μm以下，优选为75μm以下。5.根据前述权利要求中任一项所述的粉末混合物，其中所述第二材料占粉末混合物的1至5wt.
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％，优选2wt.
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％以上和/或4.5wt.
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％以下，更优选2.5wt.
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％以上和/或4.2wt.
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％以下。6.根据前述权利要求中任一项所述的粉末混合物，其中根据激光散射或激光衍射所确定的第二材料的中位晶粒尺寸d50为1μm以上，优选为4μm以上，和/或100μm以下，优选为50μm以下，更优选地，其中第二材料的中位晶粒尺寸d50小于第一材料的中位晶粒尺寸。7.根据前述权利要求中任一项所述的粉末混合物，还包括选自由碳化物、硼化物和氮化物组成的组的增强材料。8.根据权利要求7所述的粉末混合物，其中所述增强材料选自由以下组成的组：TiC、ZrC、Nb2C、Ta2C、Al4C、HfC、TaC、NbC、VC、SiC、B4C、NbB2、TaB2、VN、NbN、AlN、TaN、Nb2N、Ta2N和BN或其混合物，优选地其中所述增强材料是B4C和/或TiC。9.根据前述权利要求中任一项所述的粉末混合物，其中粉末混合物中增强材料的含量为0.1wt.
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【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：EOS有限公司电镀光纤系统，
类型：发明
国别省市：
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