[發明專利]一種選區激光熔化制備高強鋁合金的方法

在審

• 申請號: 201810906410.0
• 申請日: 2018-08-10
• 公開（公告）號: CN110052615A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 李欣蔚;朱強;胡小剛;盧宏興
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: B22F9/04
• 分類號: B22F9/04;B22F1/00;B22F3/105;C22C21/00;C22C1/05;B33Y50/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 黃志云

本發明提供了一種選區激光熔化制備高強鋁合金的方法，包括以下步驟：提供高強鋁合金球形粉末和功能復合顆粒，所述功能復合顆粒為硬質相和合金元素相的混合物，將所述高強鋁合金球形粉末和所述功能復合顆?；旌咸幚恚玫交旌戏垠w；惰性氣氛條件下，采用選區激光熔化設備在激光功率190?220W，激光束直徑70μm，掃描速度115?155mm/s，掃描間距40?80μm，粉層厚度70μm，粉末預熱150?250℃的條件下，選區激光熔化成形，自然冷卻出來后制備獲得高強鋁合金工件。

技術領域

本發明屬于金屬材料3D打印領域，尤其涉及一種選區激光熔化制備高強鋁合金的方法。

背景技術

選區激光熔化技術是金屬3D打印家族中的重要分支，能利用激光直接局部熔化金屬粉末，實現復雜零件的快速精密成形，并已實現了不銹鋼、高強鋼、鈦合金、高溫合金、鑄造鋁合金、鈷鉻合金等材料的成形。但是，在廣泛應用于航空航天、武器裝備、汽車工業和電子等高端領域的高強鋁合金復雜精密構件制造方面，卻不能很好地發揮作用。因為高強鋁合金的合金化程度高，凝固范圍大，熱裂敏感性高，在選區激光熔化過程中產生的高溫(3000℃以上)、微熔池(20-120μm)、急速冷卻凝固條件(凝固速率高達5m/s)下，極易因凝固收縮產生孔洞及貫穿整個晶粒的熱裂紋缺陷并沿晶界擴展，嚴重影響該合金的成形性和力學性能。

細小均勻的等軸晶結構能夠容納應變并防止產生裂紋。在熔體凝固過程中增大過冷度是獲得理想等軸晶結構的關鍵所在，然而，由于鋁熱導率高、合金元素液態時擴散系數大，選區激光熔化形成的凝固速率與溫度梯度很難產生大的過冷度。在凝固前沿前，提供高密度、低能壘的異質形核質點，能降低等軸晶生長所需的過冷度。

盡管當前國內外開展了一些通過晶粒細化改善選區激光熔化成形高強鋁合金熱裂的研究工作并取得一定成果，但研究重點僅集中在調整工藝參數，及外加/內生納米級單/多相的異質形核質點或只添加單/多種合金元素來細化晶粒，所得合金仍存在孔洞或熱裂紋缺陷等問題，且力學性能很差。如美國學者(Nature,2017,549,365-369.)采用ZrH2細化選區激光熔化成形的7075高強鋁合金晶粒，雖然在一定程度上解決了熱裂問題，但是所得成形件的抗拉強度不到400MPa，遠低于鑄造-變形傳統方法獲得的合金(580MPa以上)。比利時學者(J.Mater.Process Tech.,2016,238,437-445.)在粉末中添加Si元素，能細化選區激光熔化成形的Al-Zn-Mg-Cu高強鋁合金的晶粒，但是合金致密度很低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種選區激光熔化制備高強鋁合金的方法，旨在解決現有技術選區激光熔化成形高強鋁合金的方法，產生孔洞及貫穿整個晶粒的熱裂紋缺陷并沿晶界擴展，嚴重影響該合金的成形性和力學性能的問題。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

本發明一方面提供一種選區激光熔化制備高強鋁合金的方法，包括以下步驟：

提供高強鋁合金球形粉末和功能復合顆粒，所述功能復合顆粒為硬質相和合金元素相的混合物，將所述高強鋁合金球形粉末和所述功能復合顆粒混合處理，得到混合粉體；

惰性氣氛條件下，采用選區激光熔化設備在激光功率190-220W，激光束直徑70μm，掃描速度115-155mm/s，掃描間距40-80μm，粉層厚度70μm，粉末預熱150-250℃的條件下，選區激光熔化，待成形后自然冷卻，制備獲得高強鋁合金工件。

優選的，所述高強鋁合金球形粉末的粒度為200目，D90為40-50μm；

所述硬質相的粒徑為30-50nm；所述合金元素相的粒徑為30-50μm。

優選的，所述硬質相的粒徑為40nm；所述合金元素相的粒徑為40μm。

優選的，所述功能復合顆粒中，所述硬質相和所述合金元素相的體積比為1:1。