【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种准晶强化铝合金材料，具体涉及一种准晶强化韧性高强铝合金材料及其制备方法，属于新材料制备。
技术介绍
1、铝合金因其成本低、比强度高、低密度、塑性好、耐腐蚀性好，已广泛应用于航空航天、汽车、电子、精密零部件等行业。近年来，由于生产复杂形貌组件的需求增加，对传统制造的铝组件带来了巨大的挑战。激光粉末床熔合(lpbf)是最流行的增材制造(am)技术之一。这种方法对于生产具有可定制的几何形状、尺寸和性能的近网状组件特别有吸引力，而无需求助于模具、工具或模具。通过lpbf利用激光选择性地熔化粉末，由于熔体池较小，粉末与激光束的相互作用较短，可以达到较高的冷却速率(103-106k/s)，形成复杂而超细的微观结构，甚至形成亚稳相。因此，利用lpbf技术加工形成高强韧的铝基合金越来越受到科研界和企业界的关注。
2、到目前为止，lpbf制造的铝合金系列，如al-si、al-cu、al-mg-si和al-zn，也被称为2xxx、6xxx和7xxx系列已被广泛研究。然而，大多数商业高强度铝合金由于其高裂纹敏感性、高导热率、高激光反射率、高线性膨胀系数等缺点，很少被lpbf成功加工。扩大传统合金应用的最有效的方法之一是添加异质形核颗粒，如需要添加sc、zr等贵金属将粗大的柱状晶转化成等轴晶提高抗裂性，增加成形性，但是这将这将提高制备成本，不适用于工业的大规模生产。tib2、sic、tin等陶瓷颗粒同样可以提供异质形核支点，细化晶粒提高成形性，但是这些增强相由于外在添加总与铝基质有明显不同的物理和力学性质。因此，在快速凝固
3、相比之下准晶体(qc)由于其与金属基体配合的完美性能而引起越来越多的关注。由于准晶体增强由其准周期性产生的特殊性质组合，具有低摩擦系数和导热系数、高硬度和弹性模量以及良好的耐腐蚀性等性能表明，准晶体在铝基质复合材料中具有很好的增强相性能。但由于其硬脆性较大，韧性不足，不能以整体形式用于结构应用。因此，如何实现铝合金中准晶体的有效强化，对提高铝合金的强度与韧性具有重要意义。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的问题，本专利技术的第一个目的在于提供一种准晶强化韧性高强铝合金材料，该合金材料采用h13粉末对al-mg-si合金进行改性。一方面利用h13钢粉末具有良好的激光吸收率来提高合金整体材料的成形性，另一方面基于在熔池边界形成准晶体，熔池中心形成mg2si粒子和富fe相粒子协同强化，大幅度提高了合金的力学性能。
2、本专利技术的第二个目的在于提供一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，该方法采用不同粒径的al-mg-si粉末h13粉末，采用增材制造lpbf技术，进一步调节工艺参数来控制材料的成型性和力学性能，从而实现了高强韧合金的快速一体化成型。
3、为实现上述技术目的，本专利技术提供了一种准晶强化韧性高强铝合金材料，由包括al-mg-si合金和h13在内的原料经增材制造制得；所述al-mg-si合金包括以下质量百分比组分：mg 2～6％，si 1～2.5％，mn 0.2～0.6％，余量为铝；
4、所述al-mg-si合金与h13的质量比为80～120:3。
5、本专利技术所采用的原料间的比例要严格按照上述要求执行，若h13粉末的添加比例过小时，一方面过少的h13无法明显提高合金整体的激光吸收率，影响合金的成形性能，另一方面会导致合金产生的准晶体过少从而降低力学性能；若h13钢粉末的添加比例过大，则会导致产生的准晶体含量增加，增加合金的硬脆性，从而降低合金的延伸率。
6、作为一项优选的方案，所述铝合金材料的熔池边界为准晶体。
7、作为一项优选的方案，所述准晶体的粒径为500～600nm。
8、作为一项优选的方案，所述铝合金材料的熔池中心为mg2si粒子和富fe相粒子，粒径为30～50nm。
9、作为一项优选的方案，所述熔池中心的mg2si粒子和富fe相粒子与al基体之间的界面为共格界面。准晶体具有准周期性，能够很好的增强al基体，同时由于mg2si和fe相粒子析出相与基体界半呈共格关系，这有利于位错顺利切过第二相粒子从而提高强度和塑性。
10、本专利技术还提供了一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，将包括al-mg-si合金粉末和h13粉末在内的原料混合均匀后铺设在打印的alsi10mg基板上，经lpbf打印成形，即得。
11、本专利技术所提供的制备方法采用不同粒径的al-mg2si粉末和si粉末，该方法采用不同粒径的al-mg-si粉末h13粉末，采用增材制造lpbf技术，进一步调节工艺参数来控制材料的成型性和力学性能，从而实现了高强韧合金的快速一体化成型。
12、作为一项优选的方案，所述al-mg-si合金粉末的粒径为10～70μm，h13粉末的粒径为15～53μm。
13、作为一项优选的方案，所述al-mg-si合金粉末和h13粉末的纯度均≥99.9％。
14、作为一项优选的方案，所述lpbf打印成型的主要参数为：激光功率270～320w，激光扫描速度800～1000mm/s；扫描间距0.1～0.12mm，铺粉厚度0.02～0.06mm，基板温度80～100℃，扫描策略为每层旋转50°～70°。
15、作为一项优选的方案，所述al-mg-si合金粉末与h13粉末的质量比为90～100:3时，al-mg-si合金粉末包括以下质量百分比组分：mg 3～5％，si 1～1.5％，mn 0.3～0.5％。
16、作为一项优选的方案，所述lpbf打印成型工艺的主要参数为：激光功率280～300w，激光扫描速度900～1000mm/s；扫描间距0.1～0.11mm，铺粉厚度0.03～0.05mm，基板温度90～100℃，扫描策略为每层旋转55°～65°。
17、作为一项优选的方案，所述al-mg-si合金粉末与h13粉末与的质量比为97：3，且其中al-mg-si合金由以下成分组成：mg 4％，si 1.2％，mn 0.4％，余量为铝时，其lpbf打印成型工艺的主要参数为：激光功率290w，激光扫描速度950mm/s；扫描间距0.1mm，铺粉厚度0.04mm，基板温度90℃，扫描策略为每层旋转60°。
18、在本专利技术所提供的al-mg-si与h13钢的质量比范围内，随着h13含量的增加，合金的激光吸收率增大，成形性提高，因此所选择的激光功率较低，扫描速度较大，扫描间距也较大，从而激光能量密度低，成形性较好；而随着al-mg-si含量增加，所需激光能量密度高，因此激光功率较大，扫描速度较小，扫描间距较小，成形性才会好，此外扫描策略是为了更好的成形，一定程度上取消各向异性，因此不同的含量的al-mg-si和h13钢的工艺参数选择应该严格按照本专利技术的要求。
19、相对于现有技术，本专利技术技术方案的有益技术效果为：
20、1)本专利技术所提供的铝合金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：由包括Al-Mg-Si合金和H13在内的原料经增材制造制得；所述Al-Mg-Si合金包括以下质量百分比组分：Mg 2～6％，Si 1～2.5％，Mn 0.2～0.6％，余量为铝；
2.根据权利要求1所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料的熔池边界为准晶体；所述准晶体的粒径为500～600nm。
3.根据权利要求1所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料的熔池中心为Mg2Si粒子和富Fe相粒子，粒径为30～50nm。
4.根据权利要求3所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述熔池中心的Mg2Si粒子和富Fe相粒子与Al基体之间的界面为共格界面。
5.权利要求1～4任一项所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：将包括Al-Mg-Si合金粉末和H13粉末在内的原料混合均匀后铺设在打印的AlSi10Mg基板上，经LPBF打印成形，即得。
6.根据权利要求5所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方
7.根据权利要求5所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述LPBF打印成型的主要参数为：激光功率270～320W，激光扫描速度800～1000mm/s；扫描间距0.1～0.12mm，铺粉厚度0.02～0.06mm，基板温度80～100℃，扫描策略为每层旋转50°～70°。
8.根据权利要求5所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述Al-Mg-Si合金粉末与H13粉末的质量比为90～100:3时，Al-Mg-Si合金粉末包括以下质量百分比组分：Mg 3～5％，Si 1～1.5％，Mn 0.3～0.5％。
9.根据权利要求8所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述LPBF打印成型工艺的主要参数为：激光功率280～300W，激光扫描速度900～1000mm/s；扫描间距0.1～0.11mm，铺粉厚度0.03～0.05mm，基板温度90～100℃，扫描策略为每层旋转55°～65°。
...【技术特征摘要】
1.一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：由包括al-mg-si合金和h13在内的原料经增材制造制得；所述al-mg-si合金包括以下质量百分比组分：mg 2～6％，si 1～2.5％，mn 0.2～0.6％，余量为铝；
2.根据权利要求1所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料的熔池边界为准晶体；所述准晶体的粒径为500～600nm。
3.根据权利要求1所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述铝合金材料的熔池中心为mg2si粒子和富fe相粒子，粒径为30～50nm。
4.根据权利要求3所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料，其特征在于：所述熔池中心的mg2si粒子和富fe相粒子与al基体之间的界面为共格界面。
5.权利要求1～4任一项所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：将包括al-mg-si合金粉末和h13粉末在内的原料混合均匀后铺设在打印的alsi10mg基板上，经lpbf打印成形，即得。
6.根据权利要求5所述的一种准晶强化韧性高强铝合金材料的制备方法，其特征在于：所述al-mg-...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨海林，文涛，杨飞鹏，汪建英，朱梦真，罗懿谋，冀守勋，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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