耐热铝粉材料制造技术

本发明专利技术涉及冶金领域，即涉及用于增材技术的新型耐热铝合金。该合金包含镍、锰、铁、锆、铈，选自以下组的至少一种元素：铜、镁、锌，以及选自以下组的至少一种元素：硅、钙，其中Ni>Mn+Fe，一种或多种热稳定的Al3Ni、Al16Mn3Ni、Al9FeNi类型的共晶相，以及Al3Zr类型的分散体，确保产品的极限强度至少为370MPa。本发明专利技术的技术效果为开发了一种以粉末形式使用的铝材料，该材料在打印时具有良好的加工性能，并在打印后的室温下提高了强度特性，同时退火后强度没有明显下降。强度没有明显下降。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】耐热铝粉材料


[0001]本专利技术涉及冶金领域，即一种基于铝合金的材料及其制成的粉末，用于增材技术制造零件。
[0002]增材技术或逐层融合技术是目前用于3D打印数字化制造的一个先进领域。已知几种类型的增材技术，每种技术用于不同的生产目的。例如，这些技术用于制造航空航天工程中的金属零件，以创建特别坚固的产品。主要优点是制造速度快、精度高、节省原料以及废料少。
[0003]一些增材技术使用金属粉末作为原料来制造各种零件。同时，机械制造和发动机制造行业某些产品的个别零件在运行过程中会变热，这就需要使用具有更高耐热特性的材料。
[0004]铝粉的3D打印是将材料逐层熔融沉积在其自身上，并结合高速冷却。这就需要使用具有良好铸造特性、不易形成热裂纹，并且在固
‑
液状态下具有良好延展性的材料。
[0005]增材技术中使用最广泛的铝合金是AlSi
10
Mg粉末，例如，参见https://www.3dsystems.hu/content/pdf/3D
‑
Systems_Laserform_AlSi10Mg(A)_DATASHEET_A4
‑
us_2018.03.20_WEB.pdf。
[0006]该合金可能含有9
‑
11％的硅和0.2
‑
0.5％的镁。
[0007]组合物中硅的存在确保了良好的铸造特性和无热裂纹，从而在打印过程中形成高质量的结构，同时，镁的添加也提高了强度。在这种情况下，消除内应力退火后，材料的机械性能水平不超过320MPa。因为工作温度的升高会显著降低强度，所以不允许在高温下长时间使用这种材料。
[0008]有一种已知的耐热铝合金2219，例如，参见https://www.makeitfrom.com/material
‑
properties/2219
‑
AlCu6Mn
‑
A92219
‑
Aluminum，其包含以下成分(wt.％)：
[0009][0010]该合金具有良好的铸造特性和可焊接性；其主要合金元素是铜，在老化过程中铜形成Al2Cu型分散体，是有效的强化剂。
[0011]因此，该合金需要淬火和随后的人工老化，以确保最高性能。同时，温度超过250
°
С时，由于强化相的凝聚，材料的强度显著降低，从而阻止其长期用于250
°
С温度下的结构中。此外，该合金可以用增材技术打印，但在打印过程中容易形成热裂纹；例如，请参阅https://www.wlt.de/lim/Proceedings/Stick/PDF/Contribution146_final.pdf。
[0012]有一种已知的具有更高耐热特性的铝材料(专利号JP3845035，2006年11月15日)，其在常规粉末冶金应用中用作粒度为20至90μm的粉末，其包含具有以下重量百分比(wt.％)的成分：
[0013][0014][0015]至少一种选自包括在以下的组中的元素：
[0016]锰
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.1
‑2[0017]锆
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.2
‑2[0018]铬
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
0.05
‑
0.4
[0019]其中Fe/Ni比在(1:1.25)
‑
(1:1.2)之间。
[0020]余量是铝。
[0021]这种合金由于含有大量的过渡金属，如镍、铁和锰，形成了具有高热稳定性的金属互化物，并且与锆和铬等元素的额外合金化可以通过在热处理过程中形成分散体来进一步提高强度。同时，材料中的高硅含量和总体的过度合金化不允许将其用于打印，因为金属间相的含量高导致延展性急剧下降，并且由于高内应力导致在打印过程中形成裂纹。
[0022]有一种在高温下具有良好强度的已知铝合金，它含有0.1
‑
2.5wt.％的锰和5.5
‑
7.0wt.％的镍，余量为铝和不可避免的杂质元素(JPH02295640，1990年12月6日)。
[0023]该合金具有良好的铸造特性和高温强度；然而，由于缺乏在变形过程中防止位错移动的小分散体，其在室温下的强度较低。
[0024]有一种已知的铸造铝合金(WO 2010083245,2010年7月22日)，具有良好的铸造特性和高镶嵌性，它包括以下组分(wt.％)：
[0025][0026][0027]可添加不超过0.1％的硼/碳。
[0028]剩余元素不超过0.05％，以及微量元素总含量不得超过0.15％，余量为铝。
[0029]由于组合物中存在共晶形成元素(锰和镍)，该材料具有良好的铸造特性和低热裂纹倾向；同时，这些相是热稳定的，并且随着时间的推移不易发生强烈的凝结。该合金的缺点是，由于在退火(老化)过程中形成分散体的元素浓度较低，导致其强度较低；并且由于大量重合金元素而导致其比重较高，从而降低了成品零件的特定特性。
[0030]有一种已知的具有良好铸造特性和较高工作温度的铝合金(WO 2015144387，2015年10月1日)，它包含以下成分(wt.％)：
[0031][0032]选自该组的过渡金属：锶、钪、镧、钇、铪、铌、钽和/或铬
‑
高达5％(可选)。
[0033]其余为铝和不可避免的杂质元素(杂质元素的体积不超过1％)。
[0034]由于大量共晶的形成，该材料具有良好的铸造特性，并且从钨、钼和过渡金属中引入金属，在升温时形成高强度。然而，一个严重的缺点是这些元素的过量会导致延展性的损失。由于内应力较高，因此将无法以适当的质量打印材料。此外，钨、钼、钪等元素非常昂贵，这大大增加了成品的成本。
[0035]最接近所请求保护的解决方案是根据公开的申请JPH04107236(A)，1992年4月8日,C22C 21/00的专利技术，该专利技术公开了一种耐热铝合金，包括具有以下重量百分比(wt.％)的成分：
[0036][0037]该合金的特点是强度增加，在铸造或钎焊过程中具有较高的可加工性高，并且随着温度的升高强度退化率较低。然而，由于缺乏足够量的铸造源和分散体的金属互化物，合金材料的低含量并不能确保提高强度。
[0038]专利技术简述
[0039]本专利技术的技术目标是开发一种新的耐热铝材料，以粉末形式使用增材技术制造零件，该材料在打印时具有良好的可加工性，并且在打印后的室温下具有更高的强度特性(极限抗拉强度为不小于350MPa)，退火以消除内应力后强度没有任何明显下降。而且，该材料必须在高达300
–
350
°
С的温度下保持其性能。
[0040]技术效果是解决了既定问题，并实现了所指出的优点。
[0041]为了解决既定问题并实现上述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造产品的铝合金粉末，其包含镍、锰、铁、锆、铈，选自以下组的至少一种元素：铜、镁、锌，以及选自以下组的至少一种元素：硅、钙，其具有以下成分(wt.％)：选自包括在以下组的至少一种元素：铜、镁、锌
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合计0.05
‑
1.5以及选自包括在以下的组的至少一种元素：硅、钙
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合计0.1
‑
2.0铝和不可避免的杂质
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其余，其中，镍、锰和铁的含量满足Ni>Mn+Fe的条件，并且该合金包含有一种或多种热稳定的共晶相，例如Al3Ni、Al
16
Mn3Ni、Al9FeNi，以及Al3Zr型的分...

【专利技术属性】
技术研发人员：V，
申请(专利权)人：俄罗斯工程技术中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：