【技术实现步骤摘要】
本公开属于铝合金冶炼领域，涉及铝合金粉末的组分设计与制备，具体涉及一种增材制造用高强铝钆合金粉末及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代科学技术的发展，对结构材料的功能性提出更加多元化、定制化的需求。特别是在核工业中使用的结构材料，需要面对核反应过程中产生的各种放射性粒子所带来的辐照伤害，所以需要针对性的设计和制备核用结构材料，才能有效屏蔽放射性粒子。在众多放射性粒子中，中子不带电，具有很强的穿透性，不妥善处理会对环境造成严重污染。而中子屏蔽的关键是在于在材料中添加高中子吸收截面的元素，通过中子与原子核发生核反应吸收中子。
2、目前，b4c/al复合材料是主要使用的中子屏蔽结构材料，主要是因为其中富含高中子吸收截面的10b(3391barn)。为了保证中子屏蔽性能，通常需要将b4c的含量提高至30wt％，但这会使材料的塑性显著降低。其主要是因为该材料通常采用以球磨法为基础的粉末冶金方法制备，难以有效细化b4c颗粒，再加之颗粒与基体的共格性很差，在变形过程中极易在界面处萌生裂纹，导致材料发生快速脆性断裂。中子屏蔽性能和强塑性的相互制约关系使得中子屏蔽材料的优化设计和制备显得尤为重要。
技术实现思路
1、为了提升中子屏蔽材料的综合性能，本专利技术专利技术人拟采用具有最高中子吸收截面的元素gd(43951barn)代替b。在铝合金中添加5wt％的gd即可达到30wt％b4c的中子屏蔽效果，避免了大量b4c颗粒的添加对塑性的不利影响。同时，含gd共晶相与铝基体能够保持良好的界面关
2、然而，一方面，铸造、机加工等传统方法制备al-gd合金存在工艺周期长、加工难度大等问题。而且，铸态样品中含gd相尺寸粗大，在中子屏蔽过程中会发生自屏蔽效应和通道效应，严重降低了含gd相的屏蔽效率；另一方面，尺寸粗大的含gd相的固溶强化效果不明显，使得其综合性能受限。传统工艺也难以满足零件设计化、定制化的需求，对于核工业中使用的需要具有中子屏蔽能力的复杂结构件，难以通过传统工艺制备。
3、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种既可以细化含gd相又具有高成形自由度的工艺，实现屏蔽结构一体化的中子屏蔽材料的制备。
4、本公开提供一种铝合金和增材制造部件，以及制造和/或使用它们的方法。所述铝合金可用于三维(3d)打印和/或增材制造部件。说明性地，所述铝合金可以为含有多种材料(例如元素、金属等)的组合物。
5、本公开的一方面，提供一种包含铝(al)、钆(gd)、镁(mg)元素的铝合金，其包含：大于等于5wt％的钆以及2～10wt％的镁；所述铝合金任选地还包含0～1wt％的锰(mn)、0～1wt％的钪(sc)和/或0～1wt％的锆(zr)。
6、所述的合金可以具有至少450兆帕(mpa)的屈服强度、至少490mpa的抗拉强度和/或至少4％的延伸率。所述合金可以为粉末形式，用于增材制造。
7、本公开还提供由粉末形式的本公开所述铝合金制备得到的铝合金块材。
8、本公开还提供了制备所述铝合金的方法，其通过快速凝固工艺制备所述铝合金。所述快速凝固工艺例如雾化制粉、喷射沉积、平流铸造、熔体纺丝、熔体提取、波束上釉和增材制造等。
9、本文进一步描述了前述合金制备得到的部件。
10、与现有技术相比，本公开具有如下的有益效果：
11、(1)本专利技术高强铝钆合金粉末具有优异的打印成形性。以al-gd共晶体系为基础，凝固区间小，热裂倾向低。
12、(2)由本专利技术铝钆合金粉末选区激光打印成形的块体材料具有突出的“力学-中子屏蔽”一体化特性。屈服强度可大于450mpa，抗拉强度可大于490mpa，延伸率可大于4％。同时，通过合金体系的元素设计，中子屏蔽性能达24～30.5/cm。通过屏蔽相结构的优化实现了改善界面共格性的目标。基于快速凝固等技术的材料制备工艺达到细化屏蔽相、优化显微组织的目的，实现材料中子屏蔽性能和力学性能的同步提升。
13、(3)与传统铸造工艺获得的粗大al3gd相不同，由本专利技术铝钆合金粉末选区激光打印成形的块体材料内部的al3gd共晶相细小，且组成细密连续的纳米胞状网络结构，不但强化作用显著，还能有效阻挡、吸收中子。
14、(4)本专利技术的铝钆合金粉末制备方法及工艺操作简单成熟，低成本高效率，可以实现大规模工业生产。
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1.一种铝合金，其包含：
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，包含5.0～20.0wt％的钆，优选5.0～15.6wt％的钆；
3.根据权利要求1所述的铝合金，其中，包含：
4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金，其中，还包含作为余量的铝(Al)和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铝合金，其中，将所述铝合金制造为粉末形式，所述粉末形式的铝合金用于增材制造方法；
6.铝合金块材，其由权利要求5所述的粉末形式的合金制备得到；
7.根据权利要求6所述的铝合金块材，其中，所述铝合金块材中存在α-Al和Al3Gd两相，所述α-Al胞状晶间有α-Al/Al3Gd共晶；
8.根据权利要求6所述的铝合金块材，其中，所述铝合金块材的屈服强度大于440Mpa，抗拉强度大于480MPa，延伸率大于6％；
9.根据权利要求1-5任一项所述的铝合金的制备方法，其包括：熔炼制得铝钆合金预制锭，通过气雾化制粉法制得所述铝钆合金粉末；
10.权利要求1-5任一项所述的铝合金的气体雾化
...【技术特征摘要】
1.一种铝合金，其包含：
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，包含5.0～20.0wt％的钆，优选5.0～15.6wt％的钆；
3.根据权利要求1所述的铝合金，其中，包含：
4.根据权利要求1-3任一项所述的铝合金，其中，还包含作为余量的铝(al)和不可避免的杂质。
5.根据权利要求1-4任一项所述的铝合金，其中，将所述铝合金制造为粉末形式，所述粉末形式的铝合金用于增材制造方法；
6.铝合金块材，其由权利要求5所述的粉末形式的合金制备得到；
【专利技术属性】
技术研发人员：陈哲，黎阳，汪明亮，胡磊，周颖，
申请(专利权)人：聚塔时代江苏材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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