【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及3d打印，更具体地，涉及一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末及其制备和应用。
技术介绍
1、发动机机匣的结构复杂，现有的多采用传统的熔炼铸造工艺进行生产，其生产周期较长。选区激光熔化(selective laser melting，slm)技术是目前比较热门的一种增材制造工艺，采用高能激光束熔化合金粉末，高能激光束作用于合金粉末上，使合金粉末快速熔化、急冷急凝，能够大大提高生产效率。并且，在合金速熔速凝的过程中，有利于形成过饱和固溶体，改善合金的组织和性能，生产的零件性能优于熔炼铸造法。
2、铝合金具有密度小、耐腐蚀、延展性良好、抗高温氧化的优点，目前被广泛地应用于航空航天、汽车制造、精密仪器生产等领域。al-si系合金熔点低，熔体流动性好，其凝固温度区间较窄，能用于slm成型。但是al-si系合金的强度较低，难以满足需求。cn202011072743.1一种al-si合金及其制备方法和应用公开提供的al-si合金，按质量百分含量计，包括si 14～22％，cu 2～5％，mg0.5～2.2％，zr 0.15～0.25％，la 0.1～0.5％，er 0.1～0.3％，mn≤0.2％，fe≤0.15％，余量为al和不可避免的杂质，该专利通过在合金中加入少量的zr以及复合稀土la和er，同时控制合金中si、cu和mg的含量，可以改善si相形貌，细化晶粒，且合金组织均匀，具有较高的强度和较好的耐磨性。虽然在一定范围内提高si含量能够提高合金强度，但是该专利中si含量过高，会降低其塑形，使slm打印成形
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是针对现有al-si系合金粉末在slm成型存在强度较低、在打印过程中存在明显的脆性行为以及容易形成裂纹的问题，提供一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末。
2、本专利技术要解决的另一技术问题是提供一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末的制备方法和应用。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案予以实现：
4、一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其原料包括si为7～8.5wt.％、mg为2～3wt.％、zr为0.2～0.5wt.％、sc为0.2～0.5wt.％、mn为0.2～0.3wt.％、cu为0.1～0.2wt.％，其余为al。
5、本专利技术所述al-si系合金粉末在受到高能激光束作用，熔化产生熔池，急冷急凝后，形成的网络状共晶si组织，起到细晶强化作用，向al-si系合金中添加mg元素能够通过固溶强化提高al-si系合金的强度，经过热处理时效后，细小弥散分布的mg2si第二相对位错和晶粒亚结构的运动具有强烈的阻碍作用，从而提高合金的力学性能。sc和zr元素添加到al-si系合金中，能够细化晶粒尺寸，起到细晶强化的作用，弥散的al3(sc,zr)粒子作为形核位点能够降低析出相形核的界面能，在slm成形铝合金时能够抑制快速凝固过程中热裂纹的形成，添加mn能够提高铝合金时效析出相的热稳定性，mg、sc、zr、mn共同作用促进al-si系合金强化。cu的存在起到强化的作用，通过不同的热处理工艺调整铝合金的组织和性能，促进如θ、θ′相的析出。
6、进一步地，所述原料包括si为8wt.％、mg为2.5wt.％、zr为0.4～0.5wt.％、sc为0.2～0.3wt.％、mn为0.2～0.3wt.％、cu为0.1wt.％，其余为al。
7、优选地，所述原料包括si为8wt.％、mg为2.5wt.％、zr为0.5wt.％、sc为0.2wt.％、mn为0.3wt.％、cu为0.1wt.％，其余为al。
8、所述的一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其制备步骤包括：按质量百分比称取相应的金属和中间合金铸锭，用真空感应炉进行熔炼，并使用氩气进行气雾化制粉，得到相应的al-si系合金粉末。
9、进一步地，所述熔炼的温度为700～850℃，熔炼时炉内气压为0.4～0.6mpa；所述雾化制粉的气雾化压力为7～8.5mpa。
10、根据上述用于激光熔化成形的al-si系合金粉末应用于发动机机匣。
11、进一步地，al-si系合金粉末制备发动机机匣的步骤包括：
12、s1.对合金粉末进行干燥处理，在激光打印时将基板加热温度提高至170℃，进行激光打印；
13、s2.对激光打印成型的样品进行热处理后得到发动机机匣产品。
14、进一步地，所述合金粉末的粒径不超过80μm。优选地，所述合金粉末的粒径为20-60μm。
15、进一步地，所述激光打印的功率250-300w；扫描速度1000-1100mm/s；扫描间距0.1-0.2mm；扫描层厚0.01-0.03mm；层间转角65-67°。
16、进一步地，所述热处理温度为150～170℃，保温时间为10～12h。
17、与现有技术相比，有益效果是：
18、本专利技术通过对al-si系合金粉末的各元素之间的比例的合理调控，确定适量的si含量，在能够提高合金强度基础上保证其塑形性能。同时，控制mg元素的添加含量，mg原子的半径大于al原子的半径，作为固溶原子进入到al晶格中，可产生局部应变场，局部应变场与晶格中的位错相互作用阻碍位错的自由移动，从而提高合金强度。再经过热处理时效后，细小弥散分布的mg2si第二相对位错和晶粒亚结构的运动具有强烈的阻碍作用，进一步提高合金的力学强度。
19、本专利技术添加sc、zr能够形成al3(sc，zr)相，显著细化晶粒，晶粒细化增加了晶界密度，阻碍了位错的运动，细小的晶粒结构能够有效阻碍位错运动和裂纹的扩展。热处理后，这些粒子弥散分布于基体中，作为形核位点促进析出相形核，al3(sc，zr)相与al基体的界面结合类似完全共格。mn能够提高铝合金时效析出相的热稳定性。
20、本专利技术通过sc、zr、mn、cu协同对含mg的al-si合金进行细晶强化、固溶强化和析出强化，使al-si系合金在成型后的产品致密度达到98％以上，组织细小均匀、缺陷少，在热处理后，本专利技术的al-si系合金粉末制备的零件硬度超过170hv0.2，抗拉强度超过500mpa，力学性能优异，耐高温氧化，避免合金粉末在slm成型时存在缺陷。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于激光熔化成形的Al-Si系合金粉末，其特征在于，其原料包括Si为7～8.5wt.％、Mg为2～3wt.％、Zr为0.2～0.5wt.％、Sc为0.2～0.5wt.％、Mn为0.2～0.3wt.％、Cu为0.1～0.2wt.％，其余为Al。
2.根据权利要求1所述用于激光熔化成形的Al-Si系合金粉末，其特征在于，所述原料包括Si为8wt.％、Mg为2.5wt.％、Zr为0.4～0.5wt.％、Sc为0.2～0.3wt.％、Mn为0.2～0.3wt.％、Cu为0.1wt.％，其余为Al。
3.根据权利要求2所述用于激光熔化成形的Al-Si系合金粉末，其特征在于，所述原料包括Si为8wt.％、Mg为2.5wt.％、Zr为0.5wt.％、Sc为0.2wt.％、Mn为0.3wt.％、Cu为0.1wt.％，其余为Al。
4.根据权利要求1-3任一所述用于激光熔化成形的Al-Si系合金粉末，其特征在于，制备步骤包括：按质量百分比称取相应的金属和中间合金铸锭；用真空感应炉进行熔炼，并使用氩气进行气雾化制粉，得到相应的Al-Si系合金粉末。
...【技术特征摘要】
1.一种用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其特征在于，其原料包括si为7～8.5wt.％、mg为2～3wt.％、zr为0.2～0.5wt.％、sc为0.2～0.5wt.％、mn为0.2～0.3wt.％、cu为0.1～0.2wt.％，其余为al。
2.根据权利要求1所述用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其特征在于，所述原料包括si为8wt.％、mg为2.5wt.％、zr为0.4～0.5wt.％、sc为0.2～0.3wt.％、mn为0.2～0.3wt.％、cu为0.1wt.％，其余为al。
3.根据权利要求2所述用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其特征在于，所述原料包括si为8wt.％、mg为2.5wt.％、zr为0.5wt.％、sc为0.2wt.％、mn为0.3wt.％、cu为0.1wt.％，其余为al。
4.根据权利要求1-3任一所述用于激光熔化成形的al-si系合金粉末，其特征在于，制备步骤包括：按质量百分比称取相应的金属和中间合金铸锭；用真空感应炉进行熔炼，并使用氩气进行气雾化制粉，得到相应的al-si系...
【专利技术属性】
技术研发人员：张毅，田德利，马鑫，黄敏，王松，李瑞迪，陈楠，吕亮，
申请(专利权)人：中国航发南方工业有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。