[發明專利]一種適用于增材制造的鋁合金

在審

• 申請號: 202110560537.3
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN115449673A
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 孔見;艾燊
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C1/04;B22F10/28;B33Y70/00;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發明公開了一種適用于增材制造的鋁合金，其成分按質量百分比為：Si：9.2~10.5%，Mg：0.3~0.5%，Sc：0.1~0.3%，Y：0.3~0.7%，La：0.3~0.7%，Sc+Y+La：1.0~1.5%，Mn：0.01~0.02%，Cu：0.01~0.05%，Fe：0.12~0.15%，Ni：0.02~0.05%，Zn：0.20~0.25%，Sn：0.01~0.02%，余量為Al。本發明通過控制元素成分、同時加入Sc、Y、La元素微合金化的方法得到了適合激光增材制造的高強度低成本鋁硅鎂合金，制成粉末后激光增材制造后獲得的增材體的室溫抗拉強度為481~528 MPa，室溫屈服強度為379~419 MPa，斷后延伸率為9.4~12.0%。

技術領域

本發明涉及增材制造技術領域，具體涉及一種適用于增材制造使用的高強度低成本鋁合金。

背景技術

增材制造的過程是按照計算機輔助設計構建的三維空間模型，將薄層材料進行逐層累加來制造三維實體零部件。與傳統的等材制造和減材制造相比，增材制造大大縮短了零部件的生產周期，原料利用率高，優化設計時更加高效和靈活，被廣泛用于航空航天、能源、醫學和汽車等領域的高性能零部件的設計與制造并且這些優點已經在跨越多種行業和產品研發周期的不同階段的生產過程中得到了體現。

鋁鎂硅合金具有良好的鑄造性能和耐腐蝕性能，無熱裂傾向、線收縮小，但其熔煉工藝復雜且容易產生針孔。將增材制造技術運用于鋁硅鎂合金零件的制造，不僅能夠簡化鋁鎂硅合金零件的生產工藝，還能獲得缺陷較少且力學性能更優的鋁鎂硅合金零件，這對于制造結構復雜、可靠性高的鋁鎂硅合金零件具有重要意義。但鋁鎂硅合金的力學性能尚不能滿足需求。

鋁鎂硅合金中加入質量分數為～0.8％的Sc元素能有效提高其拉伸性能，抗拉強度可達420Mpa～450MPa，但Sc元素價格昂貴，隨著Sc含量的增加，材料成本大幅增加，本發明通過系列實驗研究，采用Y、La元素同時替代部分Sc元素，采用Y、La元素與Sc元素同時加入，使發明的鋁合金在增材制造后增材體獲得了極高的強度，同時由于Sc元素質量百分比可以控制在0.1～0.3％之間，大幅降低了材料成本。

發明內容

為解決增材制造鋁鎂硅合金性能不能滿足需求的問題以及含Sc鋁合金成本過高的問題，本發明旨在提供一種適用于增材制造使用的高強度低成本鋁合金及其制備方法，增材制造的樣品相比于傳統的含Sc鋁合金的制造成本要低，且力學性能大幅提高。

本發明目的通過以下技術解決方案實現：

一種適用于增材制造的鋁合金，其化學成分按質量百分比計為：Si：9.2～10.5％，Mg：0.3～0.5％，Sc：0.1～0.3％，Y：0.3～0.7％，La：0.3～0.7％，Sc+Y+La：1.0～1.5％，Mn：0.01～0.02％，Cu：0.01～0.05％，Fe：0.12～0.15％，Ni：0.02～0.05％，Zn：0.20～0.25％，Sn：0.01～0.02％，余量為Al。

基于鋁合金粉末增材制造鋁合金的方法，具體包括如下步驟：

將直徑為15～53μm的鋁合金粉末用于激光選區熔化制備塊體，設置激光功率為350～400W，選擇光斑直徑為130μm的島掃描，掃描速度為1100～1300mm/s，掃描間距為50～70μm，在基板上增材制造出所述鋁合金的塊體試樣。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：

本發明在現有技術基礎上改進鋁合金配方，同時加入Sc、Y、La元素不僅提高了材料力學性能，還在提高材料力學性能的前提下有效地控制了Sc元素的使用量，從而降低了制造成本。增材制造的樣品在平行于基板方向的室溫抗拉強度為487～528MPa，室溫屈服強度為390～419MPa，斷后延伸率為9.4～12.0％，垂直于基板方向的拉強度為481～518MPa，屈服強度為379～416MPa，斷后延伸率為10.4～11.6％?？傊?，該成分鋁合金增材制造出的試樣成形性好、工藝性好，增材體試樣具有良好的強度和塑性。