[發明專利]一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法

有效

• 申請號: 201711370365.3
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN107803503B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 楊秀芝;王向杰;徐紹勇;董春法;楊春杰;陳微
• 申請（專利權）人: 湖北理工學院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F9/08;B33Y10/00
• 代理公司: 黃石市三益專利商標事務所 42109
• 代理人: 瞿暉

1.一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于包括以下步驟：

（1）在氬氣環境下，采用霧化制粉法分別對鋁、鎂、鋅、銅進行制粉，分別得到鋁粉、鎂粉、鋅粉和銅粉，再對稀土元素鋯與鈧進行混合制粉得到稀土粉；

（2）按照鋁粉、鎂粉、鋅粉、銅粉和稀土粉的質量分數為分別為84.1-85.1%、3.3%、8.3%、2.3%、1.0-2.0%的比例進行混合，得到合金粉；再將帶狀的高強鋁合金軋制成中空的管狀，將合金粉填充至管狀高強鋁合金的管芯中，制得鋁合金藥芯鋁絲，所述鋁合金藥芯鋁絲的直徑為0.8-1.6mm；

（3）在計算機上建立零件三維CAD模型，將零件三維模型轉成 STL 格式并導入到激光誘導電弧增材制造成形設備中；

（4）將步驟（2）中制得的鋁合金藥芯鋁絲導入到激光誘導電弧增材制造成形設備的焊槍中，并在激光誘導電弧熱源下熔化鋁合金藥芯鋁絲，機器人帶動焊槍按照分層路徑軌跡運動，在基板上進行復雜高強鋁合金的成形，所述基板的溫度為100-200℃；所述激光誘導電弧增材制造成形設備是采用同軸激光-TIG復合熱源，激光功率為10-15kW與200-400A電弧復合，填絲速度為5-8m/min，熔絲速度為2-5m/min，層厚為1-3mm；

（5）采用線切割工藝將成形的零件從基板上分離，再將成形的零件置于馬弗爐中進行退火，退火后進行固溶強化和時效處理，以提高鋁合金的力學性能和抗疲勞性能，將經過時效處理后的零件進行低溫和真空疲勞測試，以明確零件在航空航天環境下的低溫和真空疲勞性能。

2.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述鋁粉、鎂粉、鋅粉、銅粉和稀土粉均為球形或類球形，粉末粒徑為20-60μm，氧含量低于700ppm，粉末流動性小于38s/50g。

3.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述步驟（4）中的零件成形是采用激光誘導電弧熱源熔絲沉積路徑分層累積制造而成。

4.根據權利要求3所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述激光誘導電弧熱源熔絲沉積路徑是指在完成第一次熔絲沉積成形后，第二次針對彌散強化相富集的熔池邊界再搭接一定微小距離沉積一次。

5.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述退火溫度為150-200℃，退火時間為 2-5h。

6.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述固溶強化處理的溫度為400-490℃，時間為1-2h。

7.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述時效處理的溫度為100-150℃，時間為10-40h。

8.根據權利要求1所述的一種采用激光誘導電弧增材制造技術制備復雜高強鋁合金的方法，其特征在于：所述低溫測試環境溫度控制在不高于3K，真空疲勞測試環境壓力控制在不高于1.5×10^-5Pa。