[發(fā)明專利]一種提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金質(zhì)量的后處理方法

在審

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• 申請日: 2023-04-13
• 公開（公告）號: CN116532666A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方欣;榮鵬;陳東東;黃丹;陳勇;王曉燕;成靖;易濤
• 申請（專利權(quán)）人: 成都飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司
• 主分類號: B22F10/64
• 分類號: B22F10/64;B22F10/68;B22F10/66;B33Y40/20
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙) 51211
• 代理人: 彭紅艷

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金質(zhì)量的后處理方法，包括以下步驟：打印完成后清理殘余粉末；將高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件連同基板進(jìn)行反淬火處理以及時(shí)效熱處理，再進(jìn)行精加工處理。通過本后處理方法，能提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的強(qiáng)度與成形精確，實(shí)現(xiàn)薄壁、多曲面、點(diǎn)陣等復(fù)雜結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件成形質(zhì)量的提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及增材制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金質(zhì)量的后處理方法。

背景技術(shù)

鋁合金具有輕質(zhì)、耐蝕、比強(qiáng)度高等特點(diǎn)，在航空航天等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。航空航天技術(shù)的快速發(fā)展要求承力構(gòu)件的力學(xué)性能提出更高要求，同時(shí)其成形工藝還需滿足多功能、輕量化等設(shè)計(jì)制造需求。激光選區(qū)熔化成形技術(shù)可實(shí)現(xiàn)薄壁、點(diǎn)陣等復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋁合金構(gòu)件快速、精確、一體化成形，在航空航天先進(jìn)制造領(lǐng)域的熱門研究方向。

但是，由于鋁合金激光吸收率低、熱導(dǎo)率高、粉末流動(dòng)性差等原因，激光增材制造鋁合金面臨孔隙缺陷控制、熱變形控制、熱開裂控制等難題。相較于其他牌號鋁合金，6XXX系鋁合金（AlSi10Mg、AlSi7Mg等）具有更好的焊接性與鑄造性，在激光選區(qū)熔化成形時(shí)熱裂紋、孔洞缺陷少，常用于制備格柵、蒙皮、管路等非承力構(gòu)件。但是，激光選區(qū)熔化成形6XXX系鋁合金的抗拉強(qiáng)度很難超過450MPa，無法滿足輕量化設(shè)計(jì)承力件制備的需求。2XXX系（Al-Mg-Cu）以及7XXX系（Al-Mg-Cu-Zn）鋁合金的鍛件抗拉強(qiáng)度可超過500MPa，但是由于其合金化程度高，凝固區(qū)間寬，激光選區(qū)熔化成形時(shí)容易產(chǎn)生熱裂紋，力學(xué)性能較差。因此，需要設(shè)計(jì)新型高強(qiáng)鋁合金成分體系以適應(yīng)激光增材制造工藝要求。

目前，國內(nèi)外已開發(fā)了添加稀土元素的Al-Mg-Sc-Zr以及添加納米陶瓷顆粒的Al-TiB₂等多種體系高強(qiáng)鋁合金，通過優(yōu)化打印工藝以及熱處理工藝，高強(qiáng)鋁合金的抗拉強(qiáng)度可超過500MPa，有望應(yīng)用于航空支架、航空接頭、衛(wèi)星天線支座等精密承力件的制備。航空航天精密承力構(gòu)件對的成形精度要求高，雖然激光選區(qū)熔化成形技術(shù)的打印精度可保證在0.1mm左右，但是受到打印過程中熱應(yīng)力的影響，高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件仍然存在一定熱變形。另外，熱處理工藝是提升高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)度的重要后處理工序，但是在熱處理過程中，高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的殘余應(yīng)力釋放同樣會導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生變形。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金質(zhì)量的后處理方法，能提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件的強(qiáng)度與成形精確，實(shí)現(xiàn)薄壁、多曲面、點(diǎn)陣等復(fù)雜結(jié)構(gòu)高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件成形質(zhì)量的提升。

本發(fā)明是通過采用下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種提高激光選區(qū)熔化成形高強(qiáng)鋁合金質(zhì)量的后處理方法，其特征在于：包括以下步驟：打印完成后清理殘余粉末；將高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件連同基板進(jìn)行反淬火處理以及時(shí)效熱處理，再進(jìn)行精加工處理。

所述反淬火處理具體指：將高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件連同基板在負(fù)正溫度下循環(huán)熱處理。

將高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件連同基板在負(fù)正溫度下循環(huán)熱處理具體包括以下流程：將高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件及基板放入-180~-196℃的低溫液氮環(huán)境中保溫0.5~2小時(shí)，然后在150~180℃高溫環(huán)境中保溫0.5~2小時(shí)，然后空冷至室溫，并按照上述流程循環(huán)2~4次。

在150~180℃高溫環(huán)境中保溫具體指：將所述高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件及基板在150~180℃的油浴中保溫。

時(shí)效熱處理后的高強(qiáng)鋁合金抗拉強(qiáng)度＞500MPa，延伸率＞8%。

所述時(shí)效熱處理具體指采用空氣爐對高強(qiáng)鋁合金毛坯構(gòu)件進(jìn)行時(shí)效熱處理，針對Al-Mg-Sc-Zr系高強(qiáng)鋁合金，熱處理溫度為300~360℃，熱處理時(shí)間為2~8小時(shí)；針對TiB₂增強(qiáng)高強(qiáng)鋁合金，熱處理溫度為140~180℃，熱處理時(shí)間為5~10小時(shí)。