[發明專利]一種鋁鎂合金結構件增材制造方法

有效

• 申請號: 201710129920.7
• 申請日: 2017-03-07
• 公開（公告）號: CN106903394B
• 公開（公告）日: 2019-12-27
• 發明（設計）人: 梁鵬程
• 申請（專利權）人: 常州長東增材制造有限公司
• 主分類號: B23K9/04
• 分類號: B23K9/04;B23K9/173;B23K9/23;B23K9/235
• 代理公司: 32280 常州市權航專利代理有限公司
• 代理人: 袁興隆

本發明屬于電弧熔絲增材制造技術領域，具體涉及一種鋁鎂合金結構件增材制造方法。其特征是：將自制的氬氣保護裝置放置在工作臺上，內部放置鋁合金基材，預先充入高純惰性氣體，使腔內氧含量為50～80μＬ∕Ｌ；利用特制送絲裝置將鋁鎂合金絲材輸送到電弧產生的熔池中，形成與預處理過的基材結合的電弧熔覆層；然后通過每一層的數控加工程序實現逐層熔覆，最終得到具有快速凝固組織特征的高性能、全致密、形狀復雜的三維鋁鎂合金結構件。該制造方法的制造成本低、制造周期短、材料利用率高、性能穩定，可快速制作復雜零部件并較大幅度提高鋁合金結構件的結構強度，減少合金內部氣孔、裂紋等組織缺陷。

技術領域

本發明屬于電弧熔絲增材制造技術領域，具體涉及一種鋁鎂合金結構件增材制造方法。

背景技術

增材制造技術(AM)是一種基于離散-堆積思想，通過CAD設計數據，采用逐層累加的方式加工生成實體零件的技術。它具有成形效率高、成本低、零件致密等優點，世界各國科研機構對其展開了大量的研究，根據增材制造熔覆工藝的不同可以分為激光焊(LAW)、等離子弧焊(PAW)、熔化極氣體保護焊(GMAW)、非熔化極氣體保護焊(GTAW)、電子束焊(EBW)等，與其他增材制造技術相比，弧焊增材制造技術具有成本低、效率高、可控參數多、力學性能良好、金屬材料的適用性好等優點，但是也存在一些需要解決的問題：成型精度與凈成型零件有一定的差距、殘余應力較大、熔池可控性不好、缺少專用的成型材料以及工作環境差等。在傳統焊接技術中，熔化極氣體保護焊(MIG焊)具有焊接焊接電流大、焊接效率較高等優點，但電弧不穩定，成形過程中熔池容易外溢和塌陷；非熔化極氣體保護焊焊接穩定，但焊接電流小，焊接效率低。

鋁合金具有比強度高、熱膨脹系數小、耐磨耐蝕性好等特點，是優秀的結構和功能材料，廣泛應用于汽車、航空航天、機械電子等領域，目前使用最廣的鋁合金是鋁鎂合金。對于復雜的鋁鎂合金結構件特別是含有內腔的結構件，采用傳統的鑄造、鍛造、機加工等工藝難以制造甚至無法制造。并且采用傳統的成形工藝從毛坯到最后的零部件，需要大量模具和多道工序才能完成，這樣導致鑄造鋁鎂合金生產周期長、成本高、材料利用率也較低。但隨著激光增材制造技術的發展，采用激光增材制造技術為鋁合金零部件成形帶來了新的機遇，大幅提高了鋁鎂合金零部件的制造自由度，節約了生產制造時間，擴展了鋁鎂合金零部件的使用范圍。然而，鋁鎂合金增材制造的主要問題是：由于基材和鋁鎂合金絲材表面清理不干凈，焊接過程中加熱和冷卻的速度過快，使得熔池中的H+無法完全逸出，易形成氫氣孔；此外，鋁與氧的化學結合力很強，易在表面形成一層薄薄的氧化膜(Al2O3)，由于氧化膜的熔點很高(2050℃)，使得粘接無法正常進行，阻礙金屬之間的良好結合，易產生未焊透缺陷，因而導致采用激光增材制造技術成形的鋁鎂合金制品存在成形質量差，容易產生球化、氣孔、夾渣、裂紋等缺陷。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明提供了一種工藝簡單、成本低、制備的結構件無組織缺陷、精度高、結構強度好的鋁鎂合金結構件增材制造方法。

為實現本發明的目的，本發明采用如下技術方案：

一種鋁鎂合金結構件增材制造方法，具體包括如下步驟：

(1)基材預處理：首先將鋁合金基體材料用砂紙打磨、拋光，之后在溫度為30～50℃下，用酸溶液清洗20～30min，再用清水清洗，然后將其依次放入丙酮、乙醇和超純水中超聲清洗5～10min，以便去除表面雜質，取出后吹干，采用激光打標機對其進行表面微結構加工，形成間距為50～200μm的棱臺型微結構，待用；