[發明專利]一種增材制造鋁合金材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202010515878.4
• 申請日: 2020-06-09
• 公開（公告）號: CN111531167A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 李曉庚;曹玄揚;周朝輝;宰雄飛;陳鈺青;顏鐵林
• 申請（專利權）人: 長沙新材料產業研究院有限公司
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/105;B22F3/24;C22C21/06;C22C21/12;C22F1/047;C22F1/057;B33Y70/00
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 邱軼

本發明公開一種增材制造鋁合金材料及其制備方法、應用，該材料包含雙峰晶粒結構，粗晶區柱狀晶粒平均寬度為1.0～5.0μm，長度為1.5～10.0μm，細晶區等軸晶粒尺寸為400～600nm；粗晶區與細晶區的體積占比為(55～70):(30～45)；該制備方法包括選擇鋁合金粉末原料、通過選擇性激光熔化方式進行鋁合金材料的制備和對鋁合金材料制品依次進行去應力退火和強化熱處理，獲得鋁合金材料。本發明提供的鋁合金材料可實現增材制造用鋁合金材料力學性能的提升；本發明提供的制備方法簡單，且獲得的產品力學性能優異，可很好的應用于增材制造領域。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，尤其是一種增材制造鋁合金材料及其制備方法。

背景技術

增材制造技術是快速成型技術的一種，以三維模型為基礎，運用金屬粉末或者塑料等可粘合材料，通過逐層掃描，層層堆垛的方式來構造出立體三維零件的技術。目前，在工業用金屬增材制造領域的研發已進入了新的階段，國內外廠商及科研團隊已不再滿足于成熟的增材制造材料體系，越來越重視增材制造工藝過程和增材制造專用的材料體系研發，特別在鋁合金領域，通過合金化、陶瓷復合、高分子復合等方法逐步提升增材制造鋁合金零件的各項性能。其中，結構件及承重件使用的高強鋁合金粉末材料尤為突出，新型高強鋁合金粉末材料層出不窮。以Al-Mg-Sc系為代表的高強鋁合金材料受到各行業增材制造研究人員的關注，成為研發熱點。

在實際應用過程中，粉末材料體系決定的是該材料力學性能的“天花板”，材料體系確定后，通過增材制造工藝開發只能無限的逼近材料體系的理論最佳力學性能。目前，行業內研發人員的研究重點仍然是增材制造粉末材料體系，通過合金化和復合材料的方法提升力學性能，從增材制造工藝的角度進行研究的比較少。增材制造工藝特別是激光選區熔化工藝由于其熔池小，冷卻快，掃描策略復雜多變，因此可以通過對材料成型過程的控制，實現某種特定的組織結構，實現樣件力學性能的提升。

在增材制造用鋁合金粉末研發過程中，添加一些有特殊作用的添加劑，用于改善鋁合金粉末的打印性能是重點的研發方向之一。專利(CN106694870A)就是廠商對粉末進行改性的研發方案，添加氟鋁酸銫和氟鋁酸鉀后，雖然對粉末打印性能和打印零件力學性能有一定改善，但是粉末中加入了銫和鉀等元素，且含量不低，產生的氟化物也不能完全排除，因此會帶入雜質，且氟化物對環境有害，不宜大量使用。如何制備高強度兼具良好斷裂伸長率的增材制造鋁合金材料仍然是現有技術中的難點。

發明內容

本發明提供一種增材制造鋁合金材料及其制備方法，用于克服現有技術中制備的鋁合金材料不能兼具高強度以及良好斷裂伸長率，且對環境污染大等缺陷。

為實現上述目的，本發明提出一種增材制造鋁合金材料，所述鋁合金材料包含雙峰晶粒結構；所述雙峰晶粒結構中粗晶區柱狀晶粒平均寬度為1.0～5.0μm，長度為1.5～10.0μm，所述雙峰晶粒結構中細晶區等軸晶粒尺寸為400～600nm；所述粗晶區的體積占比為55～70％，所述細晶區的體積占比為30～45％。

為實現上述目的，本發明還提出一種增材制造鋁合金材料的制備方法，所述制備方法包括：

S1：選擇鋁合金粉末原料；所述鋁合金粉末原料包含Sc、Zr和Er中的至少一種，含量為1.0～3.0at％；所述鋁合金材料還包含Mg、Cu、Mn、Zn和Li中的至少一種，含量為5.0～15at％；

S2：通過選擇性激光熔化方式進行鋁合金材料的制備，獲得鋁合金材料制品；所述選擇性激光熔化的能量密度保持在180～300J/m之間，掃描速度保持在1～3m/s之間；

S3：對所述鋁合金材料制品依次進行去應力退火和強化熱處理，獲得鋁合金材料。

與現有技術相比，本發明的有益效果有：