【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铝合金，涉及一种超高强铝合金粉末材料及其制备方法和应用，尤其涉及一种超高强铝合金及其激光增材制造方法，适用于军/民用航天、航空、轨道交通等领域超高强度的铝合金制件。
技术介绍
1、一代材料一代装备，随着航空、航天、轨道交通、风电、兵器工业、汽车制造等领域产品结构设计和制造逐渐向轻量化、高性能化、整体化方向发展，各类异形曲面结构、薄壁构件以及变截面内流道等复杂结构的应用愈发广泛。零部件整体化、复杂化和结构功能一体化的发展趋势对材料性能和制造工艺提出了更高的要求。金属增材制造技术作为先进制造技术，可实现微米级精细结构的一体化快速成形，特别是在轻量化复杂拓扑结构和多功能一体化结构制造方面，展现出铸锻焊等传统制造方法难以企及的优势，已然成为世界各国竞相研发与应用的重点技术。该技术在轨道交通、航空航天、武器装备等尖端装备领域展现出广阔的应用前景，市场潜力巨大。愈来愈多的高端装备设计师愿意采用增材制造的理念，从设计源头出发，以功能需求为导向，驱动零部件的创新设计。尤其是以“轻质高性能材料+结构优化设计+增材制造”为主题的先进制造技术在装备制造中展现出极大的发展空间。铝合金增材制造技术能够很好地满足航空、航天、轨道交通、风电、兵器等领域对轻量化、整体化和高性能零件的迫切需求。
2、然而，现有可商用的3d打印铝合金粉末主要是alsi7mg和alsi10mg合金，但这两类合金打印后强度均较低，不超过300mpa，且延伸率不超过10%，存在力学性能不足、合金材料种类有限的问题。传统高强度锻造合金如2xxx和7xxx系列合金
3、近年来，以添加sc/zr为代表的增材制造高强铝合金也受到广泛关注并取得了一些商业成功，以al-mg-sc-zr合金为代表的这些合金具有显著细化的显微组织和增强的力学性能。尽管晶粒细化在这些合金中有效地强化了合金，但是对于新开发的铝合金，强度基本都在500mpa级左右，同时，在强度和延展性之间获得令人满意的平衡仍然是一个重大的挑战。这一挑战阻碍了激光粉末床熔融铝合金的更广泛的商业应用。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种超高强铝合金粉末材料及其制备方法和应用，用以解决现有技术中增材制造高强铝合金强度不够的缺陷，通过优化铝合金粉末材料的成分，以及增材制造的工艺参数，实现超高强铝合金工件的制备，该铝合金工件的强度甚至可以突破600mpa级超高强水平。
2、具体地，本专利技术提供一种铝合金粉末材料，按质量分数计，其合金元素包括：mg6.5%~10.0%、sc 0.7%~1.0%、zr 0.4%~0.7%、mn 0.40%~1.0%、si 0.3%~0.7%、微量元素小于等于0.2%和al余量。
3、所述微量元素选自ti、fe、ni、cu、cr、zn和v中的一种或两种以上的组合。
4、优选地，每种所述微量元素的含量小于等于0.03%。
5、根据本专利技术提供的所述铝合金粉末材料，所述铝合金粉末材料的粒径范围为15μm~60μm；
6、和/或，所述铝合金粉末材料的平均球形度＞0.85；
7、和/或，所述铝合金粉末材料的空心粉率不大于5%。
8、本专利技术中，所述铝合金粉末材料的氧元素质量百分数低于0.1%，氢含量低于0.003%，碳含量低于0.009%，氮含量低于0.03%。
9、第二方面，本专利技术还提供如上所述铝合金粉末材料的制备方法，包括：将铝原料、镁原料、al-si中间合金、al-sc中间合金、al-zr中间合金和al-mn中间合金，按照所述铝合金粉末材料的合金元素质量设计，进行熔炼和雾化。
10、根据本专利技术提供的所述铝合金粉末材料的制备方法，所述熔炼包括：真空感应熔炼；
11、优选地，所述真空感应熔炼的真空度≤0.5×10-2pa；
12、优选地，所述真空感应熔炼的熔炼温度为850℃~950℃；
13、优选地，所述真空感应熔炼的升温速率为8℃/min~20℃/min。
14、第三方面，本专利技术还提供一种沉积态铝合金工件，采用增材制造方法制备，其原料包括：如上所述铝合金粉末材料，或者如上所述制备方法制得的铝合金粉末材料；所述增材制造方法包括激光粉末床熔融法；
15、优选地，所述沉积态铝合金工件的抗拉强度为475mpa~515mpa，屈服强度为440mpa~490mpa，延伸率为14%~30%。
16、第四方面，本专利技术还提供一种沉积态铝合金工件的制备方法，包括：其原料包括：如上所述铝合金粉末材料，或者如上所述制备方法制得的铝合金粉末材料；
17、采用激光粉末床熔融法，在铝合金基板上沉积所述原料，制得所述沉积态铝合金工件；
18、优选地，所述激光粉末床熔融法中，激光光斑直径为100μm，激光功率为180w~380w，激光束扫描速度为800mm/s~1400mm/s，扫描间距为0.10mm~0.15mm，分层厚度为25~40μm；
19、优选地，所述铝合金基板的预热温度80℃~160℃。
20、本专利技术通过真空感应熔化气雾化法（viga）实现制粉，所获超高强铝合金粉末元素烧损少、空心粉率低、氧含量低、球形度高、流动性好，成分均匀可控，所获的超高强铝合金粉末满足激光粉末床熔融工艺技术要求和批次稳定性要求，适用于工业制造。
21、第五方面，本专利技术还提供一种铝合金工件，采用激光粉末床熔融法制得沉积态铝合金工件，而后进行时效处理得到，包括：其原料包括：如上所述铝合金粉末材料，或者如上所述制备方法制得的铝合金粉末材料。
22、根据本专利技术提供的所述铝合金工件，所述铝合金工件的微观组织包括等轴晶和柱状晶的双峰晶粒组织，晶界处不连续的微米级mg2si、al6mn颗粒以及晶内的纳米级al3（sc,zr）颗粒；
23、优选地，纳米级al3（sc,zr）颗粒的平均宽度为1.1nm~1.3nm。
24、根据本专利技术提供的所述铝合金工件，所述铝合金工件的抗拉强度为600mpa以上，屈服强度为560mpa以上，延伸率为8%以上；
25、优选地，抗拉强度为600mpa~650mpa，屈服强度为560mpa~630mpa，延伸率为8%~13%。
26、第六方面，本专利技术还提供一种铝合金工件的制备方法，采用激光粉末床熔融法制得沉积态铝合金工件，而后进行时本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铝合金粉末材料，其特征在于，按质量分数计，其合金元素包括：Mg 6.5%~10.0%、Sc 0.7%~1.0%、Zr 0.4%~0.7%、Mn 0.40%~1.0%、Si 0.3%~0.7%、微量元素小于等于0.2%和Al余量。
2.根据权利要求1所述铝合金粉末材料，其特征在于，所述铝合金粉末材料的粒径范围为15μm~60μm；
3.权利要求1或2所述铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，包括：将铝原料、镁原料、Al-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zr中间合金和Al-Mn中间合金，按照所述铝合金粉末材料的合金元素质量设计，进行熔炼和雾化。
4.根据权利要求3所述铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼包括：真空感应熔炼；
5.一种沉积态铝合金工件，采用增材制造方法制备，其特征在于，其原料包括：权利要求1或2所述铝合金粉末材料，或者权利要求3或4所述制备方法制得的铝合金粉末材料；所述增材制造方法包括激光粉末床熔融法；
6.一种沉积态铝合金工件的制备方法，其特征在于，包括：其原料包括：权利要求1或2所
7.一种铝合金工件，采用激光粉末床熔融法制得沉积态铝合金工件，而后进行时效处理得到，其特征在于，包括：其原料包括：权利要求1或2所述铝合金粉末材料，或者权利要求3或4所述制备方法制得的铝合金粉末材料。
8.根据权利要求7所述铝合金工件，其特征在于，所述铝合金工件的微观组织包括等轴晶和柱状晶的双峰晶粒组织，晶界处不连续的微米级Mg2Si、Al6Mn颗粒以及晶内的纳米级Al3（Sc,Zr）颗粒；
9.根据权利要求7或8所述铝合金工件，其特征在于，所述铝合金工件的抗拉强度为600MPa以上，屈服强度为560MPa以上，延伸率为8%以上；
10.一种铝合金工件的制备方法，采用激光粉末床熔融法制得沉积态铝合金工件，而后进行时效处理得到，其特征在于，其原料包括：权利要求1或2所述铝合金粉末材料，或者权利要求3或4所述制备方法制得的铝合金粉末材料；
...【技术特征摘要】
1.一种铝合金粉末材料，其特征在于，按质量分数计，其合金元素包括：mg 6.5%~10.0%、sc 0.7%~1.0%、zr 0.4%~0.7%、mn 0.40%~1.0%、si 0.3%~0.7%、微量元素小于等于0.2%和al余量。
2.根据权利要求1所述铝合金粉末材料，其特征在于，所述铝合金粉末材料的粒径范围为15μm~60μm；
3.权利要求1或2所述铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，包括：将铝原料、镁原料、al-si中间合金、al-sc中间合金、al-zr中间合金和al-mn中间合金，按照所述铝合金粉末材料的合金元素质量设计，进行熔炼和雾化。
4.根据权利要求3所述铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述熔炼包括：真空感应熔炼；
5.一种沉积态铝合金工件，采用增材制造方法制备，其特征在于，其原料包括：权利要求1或2所述铝合金粉末材料，或者权利要求3或4所述制备方法制得的铝合金粉末材料；所述增材制造方法包括激光粉末床熔融法；
6.一种沉积态铝合...
【专利技术属性】
技术研发人员：折洁，任杰，祝弘滨，任欣，陈旭，张凌岳，章煜，张丽娇，
申请(专利权)人：中车工业研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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