用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法，用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其包括Ce、La和Al三种组分，各组分的含量按重量百分比计算，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，余量为Al。其还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。本发明专利技术创造性地通过Ca合金化以提高金属间化合物的体积分数、通过Mg元素产生固溶强化效果、借助增材制造的方法实现了高强耐热铝合金材料。第三，本发明专利技术含有纳米级的共晶颗粒，高体积分数的共晶颗粒与本身热稳定性使得铝合金材料兼具有较高的强度与耐热性。兼具有较高的强度与耐热性。兼具有较高的强度与耐热性。

【技术实现步骤摘要】
用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于铝合金制造
，具体涉及一种用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]铝合金由于低密度、比强度高、耐腐蚀性能好，已经越来越多地被用于代替铁合金以及钛合金，在发动机部件如发动机缸体和气缸盖的制造中减轻重量以实现轻量化。美国和/或欧洲铝合金标准中铸造发动机缸体和发动机缸盖大都采用诸如A356、319和AS7GU(A356+0 .5％Cu)等传统铝合金牌号。传统的内燃机工作温度为大约160℃至190℃，由这些传统铝合金铸造的发动机缸体和气缸盖在上述温度范围内工作时表现出良好的延展性和疲劳性能。现代的轻质燃料高效发动机其功率密度、排气温度和气缸压力峰值已显著增加，使得工作温度提升到250℃至350℃，大大高于传统的160℃至190℃范围。而传统铝合金在上述温度下，由于析出相的粗化或者溶解，合金的高温强度和蠕变强度表现出了明显的不足。因此，针对大功率燃油发动机的使用需求，需要一种新型铝合金材料，使得其在更高的工作温度下表现出优异的拉伸、蠕变和疲劳强度特性，并且可以用于金属铸造工艺以及增材制造工艺。

技术实现思路

[0003]本专利技术提供一种用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法，用于克服现有技术中制备的铝合金材料不能兼具高强度以及耐高温的难题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其包括Ce、La和Al三种组分，各组分的含量按重量百分比计算，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，余量为Al。
[0005]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。
[0006]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其还包括Fe和或Cu，所述Fe的含量为0.1
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0.5wt％，所述Cu的含量为0.2
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0.5wt％。
[0007]用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其包括以下步骤：S1：选择铝合金粉末原料；所述铝合金粉末原料包含Ce，La，Al，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，其余为Al；S2：通过激光粉床选择性激光熔化方式制备铝合金本体，选择性激光熔化的能量密度为70～120J/m，扫描速度为400～1600mm/s；S3：对所述铝合金本体依次进行去应力退火和强化热处理，获得铝合金材料。
[0008]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1
中，所述铝合金粉末原料还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。
[0009]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1中，所述铝合金粉末原料还包括Fe和或Cu，所述Fe的含量为0.1
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0.5wt％，所述Cu的含量为0.2
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0.5wt％。
[0010]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1中，所述铝合金粉末原料各组分粒径为20～63μm。
[0011]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其还包括粒径为50nm（补充合适的范围值）的纳米级颗粒，所述纳米级颗粒所占的比重不超过铝合金粉末原料各组分总体积的25%。
[0012]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S2中，所述选择性激光熔化的扫描策略为平面逐行扫描以及逐层扫描，每层的能量密度波动≤60J/m。
[0013]上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S3中所述对所述的去应力退火处理，去应力退火的温度为250—300℃、时间1—3h。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果有：1、本专利技术添加的La和Ce元素在铝中的扩散速率极低，相比常规合金化元素Mg、Si、Cu等，稀土La和Ce在铝中的扩散速率要比上述元素低1
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2个数量级，在高温长时间作用下可以保持化合物结构的稳定性。其次，稀土La和Ce通过与Al发生反应可以生成Al
11
Ce3和/或Al
11
La3的高熔点的金属间化合物，这类金属间化合物具有较强的热稳定性。本专利技术在Al
‑
Ce/La共晶合金的基础之上，创造性地通过Ca合金化以提高金属间化合物的体积分数、通过Mg元素产生固溶强化效果、借助增材制造的方法实现了高强耐热铝合金材料。第三，本专利技术含有纳米级的共晶颗粒，高体积分数的共晶颗粒与本身热稳定性使得铝合金材料兼具有较高的强度与耐热性。
[0015]2、本专利技术提供的增材制造铝合金材料属于一种免热处理铝合金材料，打印态即是最终使用状态，相比目前商用的ScalmAlloy，生产成本大大降低，生产效率更高。
[0016]3、因为本专利技术合金的成分接近共晶成分，具有更小的凝固温度区间，所以具有优异的打印成形性，流动性好、线收缩率小、热裂倾向小。
[0017]4、本专利技术具有优异的室温、高温力学性能。室温力学性能指标为：抗拉强度≥450MPa，断裂伸长率≥10％。250
°
C高温拉伸性能为：抗拉强度≥350MPa，断裂伸长率≥15。
附图说明
[0018]为了更清楚地解释说明本专利技术的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例1中获得的铝合金粉末的SEM图；图2为本专利技术实施例1中获得的铝合金材料的的SEM图。
具体实施方式
[0020]为了更清楚地解释说明本专利技术的技术方案，下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。 另外，本专利技术各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。
[0021]实施例1本实施例提供一种用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，包括Ce、La、Ca、Mg和Al，按重量百分比计算，Ce的含量为2wt％，La的含量为1wt％，Ca的含量为1wt％，Mg的含量为0.5wt％，余量为Al。 La/Ce元素作为稀土元素，与铝的结合力强，能够通过与铝形成强热稳定性的A本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其特征在于，包括Ce、La和Al三种组分，各组分的含量按重量百分比计算，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其特征在于，还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。3.根据权利要求1所述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其特征在于，还包括Fe和或Cu，所述Fe的含量为0.1
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0.5wt％，所述Cu的含量为0.2
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0.5wt％。4.根据权利要求1—3任意一项所述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选择铝合金粉末原料；所述铝合金粉末原料包含Ce，La，Al，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，其余为Al；S2：通过激光粉床选择性激光熔化方式制备铝合金本体，选择性激光熔化的能量密度为70～120J/m，扫描速度为400～1600mm/s；S3：对所述铝合金本体依次进行去应力退火和强化热处理，获得铝合金材料。5.根据权利要求4所述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：王朦朦，黄仲佳，高雪松，李荣，肖猛，周军，
申请(专利权)人：安徽中科春谷激光产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：