[發(fā)明專利]一種高Zn輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110733033.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113430432B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷正龍;秦熙琨;黎炳蔚;吳世博;張新瑞;陳彥賓
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C21/10
• 分類號(hào): C22C21/10;B22F10/28;C22C1/04;B22F9/04;B33Y70/00;B33Y10/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種高Zn輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金的制備方法，它涉及材料加工工程領(lǐng)域，本發(fā)明基于選區(qū)激光熔化的高強(qiáng)度鋁合金制備方法，適應(yīng)選區(qū)激光熔化的加工特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鋁合金性能的進(jìn)一步強(qiáng)化。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種適用于選區(qū)激光熔化技術(shù)的Al?Zn?Mg?Zr合金粉末，提出通過(guò)將相鄰熔道間的搭接率控制在?5％～5％，在實(shí)現(xiàn)有效連接的基礎(chǔ)上最大程度的降低Zn的燒損。同時(shí)，不同于其他鋁合金成形過(guò)程中對(duì)基板進(jìn)行預(yù)熱，本發(fā)明提出對(duì)基板進(jìn)行進(jìn)一步降溫，通過(guò)在基板底部及側(cè)面通冷卻液降溫，增大溫度梯度，從而進(jìn)一步增加Zn的過(guò)飽和固溶能力。本發(fā)明應(yīng)用于材料加工領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料加工工程領(lǐng)域，具體涉及一種高Zn輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金的制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金儲(chǔ)量豐富、密度小、比強(qiáng)度高的特點(diǎn)完美契合“輕量化”需求，應(yīng)用前景廣闊，其中Al-Zn-Mg系合金作為一種可熱處理強(qiáng)化的超高強(qiáng)鋁合金，因具有疲勞性能好、比強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通等領(lǐng)域。傳統(tǒng)鑄件在制備過(guò)程中由于緩慢冷卻而導(dǎo)致易出現(xiàn)宏觀偏析、開(kāi)裂和晶粒粗化等缺陷，由于Zn是一種低熔沸點(diǎn)元素，在鑄造過(guò)程中直接加入高含量的Zn會(huì)導(dǎo)致成形的試樣中出現(xiàn)大量裂紋和氣孔缺陷，試樣無(wú)法使用；且由于鑄造過(guò)程中凝固速度有限，室溫下Zn原子在鋁合金中的固溶度有限，常用的Al合金中Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)都在7％及以下，不能充分發(fā)揮固溶強(qiáng)化效果，且后期時(shí)效處理過(guò)程中析出的粒子數(shù)量受限，限制了Al-Zn-Mg合金力學(xué)性能的進(jìn)一步提升。進(jìn)一步提高Zn含量是實(shí)現(xiàn)合金性能強(qiáng)化的有效方法。

選區(qū)激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是一種基于鋪粉技術(shù)的增材技術(shù)，相比傳統(tǒng)的鑄造、鍛造、焊接等加工方式難以制備復(fù)雜及微小結(jié)構(gòu)件，且制造周期長(zhǎng)的不足，選區(qū)激光熔化具有自由成形與高精度成形的特點(diǎn)。在選區(qū)激光熔化的高能量輸入作用下金屬粉末完全熔化，液相充分接觸后凝固，得到冶金結(jié)合的高致密實(shí)體，內(nèi)部缺陷較少，冷卻速率可達(dá)10³-10⁷K/s，易形成過(guò)飽和固溶體且有助于細(xì)化晶粒，得到具有微細(xì)均勻的顯微組織和良好綜合性能的成形件。而傳統(tǒng)的Al-Zn-Mg合金板材對(duì)應(yīng)的合金成分在經(jīng)過(guò)選區(qū)激光熔化加工后，試樣中有大量裂紋缺陷，基本不具有使用性能，一些研究通過(guò)稀土改性可以減少裂紋，但成形的合金性能相比鍛態(tài)發(fā)生較大損失，如7075鋁合金直接選區(qū)激光熔化成形后試樣發(fā)生碎裂，而經(jīng)加入稀土元素后經(jīng)選區(qū)激光熔化成形，抗拉強(qiáng)度損失超過(guò)100MPa。因此基于Al-Zn-Mg合金的特點(diǎn)，結(jié)合選區(qū)激光熔化技術(shù)高速冷卻的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)適合選區(qū)激光熔化技術(shù)的高強(qiáng)Al-Zn-Mg合金具有重要的應(yīng)用價(jià)值。

專利110172620A公開(kāi)了一種選區(qū)激光熔化技術(shù)用Al-Si-Mg合金及其制件制備方法，該方法設(shè)計(jì)了一種鋁合金粉末，但成形后需要進(jìn)行進(jìn)一步的熱處理，且樣品的塑性不佳。專利112008076A公開(kāi)了一種選區(qū)激光熔化鋁合金的成分設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，但是該方法主要關(guān)注試樣的致密度特征，缺乏對(duì)成形后試樣力學(xué)性能的檢驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有合金制備技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種新方法——基于選區(qū)激光熔化的高強(qiáng)度鋁合金制備方法，適應(yīng)選區(qū)激光熔化的加工特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)鋁合金性能的進(jìn)一步強(qiáng)化。

本發(fā)明的一種高Zn輕質(zhì)高強(qiáng)鋁合金的制備方法，它是按照以下步驟進(jìn)行的：

一、稱取選區(qū)激光熔化用粉末混合，所述的Al-Zn-Mg-Zr合金粉末，其中，Zn的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12-15％，Mg的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1-2％，Zr的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5-2％，余量為Al；

二、采用行星式球磨混粉機(jī)對(duì)上一步混合后的粉末進(jìn)行機(jī)械混合，在混合罐中通入惰性氣體對(duì)粉末進(jìn)行保護(hù)防止氧化，然后按照200-400rpm的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)動(dòng)5-10min后停轉(zhuǎn)5-10min冷卻的方式混合4-8h；

三、通過(guò)三維繪圖軟件繪制模型，依據(jù)預(yù)先設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)與尺寸繪制三維模型；將上一步混合后的粉料按0.03-0.05mm的厚度鋪粉，并逐層進(jìn)行鋪粉，通過(guò)三維繪圖軟件對(duì)模型橫向切分成連續(xù)的多個(gè)厚度在0.03-0.05mm的等厚度薄片(如有圖7)；