粉末铝材料制造技术

本发明专利技术涉及冶金领域，即涉及一种基于铝的耐热合金组合物以及由其制成的用于通过增材技术方法制造零件的粉末。本发明专利技术创造了一种基于铝的新型材料，该材料用于制造粉末并将其用于各种产品的增材制造，并且在激光熔化时具有高度可加工性，在热处理状态下具有高强度特性：屈服强度超过400MPa，极限强度超过470MPa，以及断裂伸长率至少为4％。该铝粉材料包含铜、镁、锰、铈、硅、锆和/或钛，其中该材料包含尺寸小于1μm的热稳定分散体Al8Cu4Ce，以至少103K/s的结晶速率形成，并且有助于在室温和高温下的操作条件下增强材料。的操作条件下增强材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】粉末铝材料
[0001]本专利技术涉及冶金领域，即涉及一种铝基耐热合金组合物及其粉末，其用于使用增材技术生产零件。
[0002]增材制造技术是汽车和航空航天工业发展的关键领域，因为可以根据给定的计算机模型在一个工艺周期内用金属粉末生产成品。这种生产方式的材料利用率可以达到95～99％。
[0003]对于金属材料，最关键的技术之一是选择性激光熔化(SLM)。与用于生产产品或坯料的标准铸造技术相比，选择性激光熔化的特点是结晶速率高(大约104到106K/s)，这导致需要使用具有良好铸造特性的材料，并且打印过程中不易产生热裂纹。在实际工作中发现，由于共晶相的体积分数较大，Al
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Si、Al
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Si
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Mg系合金在SLM过程中具有较高的可加工性，可最大限度地减少缺陷(气孔、裂纹)的形成；然而，这些材料的一个显著缺点是强度低。热处理后，采用SLM法制成的Al
‑
Si合金制品的极限强度不超过350MPa。
[0004]在传统铝合金中，基于Al
‑
Cu系的材料以及含过渡金属的铝合金具有最高的耐热特性。在老化时，含铜合金经过热硬化并在其结构中形成θ'和S'类型的亚稳相。然而，它们的铸造特性处于平均水平，这使得它们几乎不适合用于增材制造。
[0005]当前重要的是开发如下特点的新的铝基合金组合物：在室温和高温下具有高水平的机械性能，并在用于选择性激光熔化时具有高可加工性。
[0006]现有技术中已知一种用于通过选择性激光熔化方法生产产品的合金，其含量占比如下(wt.％)：4.27
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4.47的铜、1.95
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1.97的镁、以及0.55
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0.56的锰(H.Zhang,H.Zhu,T.Qi,Z.Hu,X.Zeng//Materials Science and Engineering:A,2016,V.656，P.47
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54)。
[0007]合金熔化后形成致密结构(99.8％)，屈服强度为276.2MPa，极限强度为402.4MPa，断裂伸长率为6％。这种已知合金的缺点是结构不均匀，并且易于形成结晶裂纹。裂纹的形成与合金结晶的宽有效范围有关。
[0008]一种已知的铝基合金包括一种或多种元素：锌、镁、铜、锆、钇、铒、镱、钪、银，以及随机元素和杂质(申请WO 2017/041006 Al，2017年3月9日公布)。
[0009]该合金被开发用于增材制造，特别是用于生产航空航天产品。在本专利技术的一些实施例中，合金可以包含以下成分(wt.％)：锌3
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9、镁2
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6、铜0.5
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2、锆至多0.1；其余是铝和不可避免的杂质。在本专利技术的某些实施例中，合金可以另外包含以下成分(wt.％)：钇至多2、铒至多2、镱至多2、钪至多2、锰至多2、或者银至多2。在本专利技术的一些实施例中，合金可以包含(wt.％)：锌4
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9、镁0.5
‑
3、铜至多0.5、锆大约1；其余是铝和杂质。该专利技术的缺点是由于在组合物中存在大量稀土和稀土元素，其成本高。此外，在打印零件的过程中，当暴露在激光辐射下时，锌会蒸发，从而导致成品中化学成分不均匀性。
[0010]一种已知的用于生产含压铸件的铝基合金含有(wt.％)：硅2.8
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4.4、铁1.2
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2.2、锰0.2
‑
1.2、铜0.5
‑
3.5、镁0.05
‑
0.8、锌0.2
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3.0、铈0.01
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0.3；其余是铝和杂质。
[0011]该合金具有良好的铸态塑性和高压压铸时的可加工性。该合金的缺点是热处理后强度低(在310MPa水平)。
[0012]一种已知的A201(SAE AMS
‑
A
‑
21180)级高强度铝合金含有(wt.％)：铜4.0
‑
5.0、镁
0.15
‑
0.35、钛0.15
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0.35、锰0.2
‑
0.4、银0.4
‑
1.0；其余是铝和不可避免的杂质。
[0013]该合金的特点是具有高抗应力腐蚀性和良好的高温性能。其缺点是热处理后强度低(极限强度为414MPa；屈服强度为345MPa)。
[0014]一种已知的铝基合金2219，含有(wt.％)：Cu 5.8
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6.3、Mn 0.2
‑
0.4、Ti0.02
‑
0.10、V 0.05
‑
0.15、以及Zr 0.1
‑
0.25，用于生产可变形半成品(Hatch JE(ed.)Aluminium:Properties and Physical Metallurgy,ASM,Metals.Park,1984和Kaufman G.J.Properties of Aluminum Alloys:Fatigue Data and Effects of Temperature,Product Form,and Process Variables,Materials Park,ASM International,2008,574p.)，在室温下具有令人满意的机械性能水平。由于结构中存在体积含量不超过1.5vol.％的Al
20
Cu2Mn3分散体，因此在200
‑
300℃的温度范围内具有良好的耐热性。这种材料的缺点是其在人工老化状态下的屈服强度低，并且在250℃以上的温度下由于Al2Cu相的粗化而软化。
[0015]与所请求保护的合金最接近的是一种铝基合金，该合金用于使用增材技术生产产品，并包含以下元素(wt.％)：铝78.80
‑
92.00、铜5.00
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6.00、镁2.50
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3.50、锰0.50
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1.25、钛0
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5.00、硼0
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3.00、钒0
‑
0.15、锆0
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0.15、硅0
‑
0.25、铁0
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0.25、铬0
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0.50、镍0
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1.0,以及0
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0.15的其他元素和杂质(申请US 2017/0016096 A1，2017年1月19日公布)。与AlSi
10
Mg合金相比，该合金的特点是具有较高的机械特性，与AA7075型高强度铝合金相比，该合金的特点是结晶裂纹的形成倾向低。这种合金的缺点是它与钛、硼和镍过度合金化，这是SLM过程中合成材料中产生热应力的原因，并导致使用增材技术生产的产品开裂和变形。
[0016]本专利技术的技术目标是创造一种新的用于生本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种基于铝合金的粉末铝材料，其特征在于，包括铜、镁、锰、铈、硅，以及锆和/或钛，其成分比例(wt.％)如下：其中，所述材料包含尺寸小于1μm的热稳定Al8Cu4Ce分散体，其以至少103K/s的结晶速率形成，有助于材料硬化。2.一种铝基粉末合金，其特征在于，其成分包括根据权利要求1所述的元素，所述元素是通过惰性气流将过热至高于液相点至少150℃的温度的熔体雾化而获得的，氧含量为0.01
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0.8wt.％。3.根据权利要求2所述的粉末合金，其特征在于，根据所用惰性气体的纯度和影响熔体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：轻材料与技术研究所有限责任公司，
类型：发明
国别省市：