[发明专利]铝合金产品及其制造方法

说明书

背景技术

铝合金产品通常通过成形铸造或锻造工艺制成。成型铸造通常涉及诸如通过压铸、永久模铸、湿型铸造和干型铸造、熔模铸造、和石膏型铸造将熔融的铝合金浇铸成其最终形式。锻造产品通常通过将熔融的铝合金浇铸成铸锭或锭料制成。铸锭或锭料通常还经受热加工(有时经受冷加工)以制成其最终形式。

发明内容

本公开广义地涉及用于增材制造的金属粉末，以及通过增材制造由此类金属粉末制成的铝合金产品。可以定制金属粉末的组成和/或物理特性。继而可将增材制造用于制备定制的铝合金产品。

附图说明

图1是具有大致均匀的微观结构的增材制造产品(100)的示意性剖视图。

图2a-2d为由单种金属粉末制成的增材制造产品的示意性剖视图，并且该产品具有铝或铝合金的第一区域(200)以及多种金属相的第二区域(300)，其中图2b-2d相对于图2a所示的原始的增材制造产品为变形的。

图3a-3f为具有第一区域(400)和不同于第一区域的第二区域(500)的增材制造产品的示意性剖视图，其中第一区域由第一金属粉末制成，并且第二区域由不同于第一金属粉末的第二金属粉末制成。

图4是示出一些潜在工艺操作的流程图，可相对于增材制造的铝合金产品完成所述潜在工艺操作。虽然溶解(20)、加工(30)、和析出(40)步骤是顺序示出的，但这些步骤可以任何适用的顺序完成。

图5a是使用电子束增材制造来制备铝合金主体的一个实施方案的示意图。

图5b示出可与图5a的电子束实施方案一起使用的线材的一个实施方案，该线材具有外管部分以及容纳在外管部分中的一定体积的颗粒。

具体实施方式

如上文所指出，本公开涉及用于增材制造的金属粉末，以及通过增材制造由此类金属粉末制成的铝合金产品。可以定制金属粉末的组成和/或物理特性。继而可将增材制造用于制备定制的铝合金产品。

新型铝合金产品通常通过以下方法制备，该方法有利于将粉末选择性地加热至高于要形成的特定铝合金产品的液相线温度的温度，从而形成熔池，然后使熔池快速固化。快速固化有利于将各种合金元素与铝维持在固溶体中。在一个实施方案中，新型铝合金产品通过增材制造技术制成。增材制造技术有利于将粉末选择性地加热到特定铝合金的液相线温度之上，从而形成熔池，然后使熔池快速固化。

如本文所用，“增材制造”意指“与减材制造方法相反，根据3D模型数据将材料通常层层连接起来以制成物体的工艺”，如ASTM F2792-12a中标题为“Standard Terminology for Additively Manufacturing Technologies”(增材制造技术的标准术语)所定义。本文所述的铝合金产品可通过该ASTM标准中所述的任何适当的增材制造技术诸如粘结剂喷射、定向能量沉积、材料挤出、材料喷射、粉床熔化或叠片等来制造。在一个实施方案中，增材制造工艺包括沉积一种或多种粉末的连续层，然后选择性地熔化和/或烧结粉末以逐层形成铝合金产品。在一个实施方案中，增材制造工艺使用选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)和电子束熔化(EBM)等中的一者或多者。在一个实施方案中，增材制造工艺使用可得自德国克赖灵/慕尼黑Robert-Stirling-Ring 1号的EOS有限公司(邮编82152)(EOS GmbH(Robert-Stirling-Ring 1,82152Krailling/Munich,Germany))的EOSINT M 280直接金属激光烧结(Direct Metal Laser Sintering,DMLS)增材制造系统或与之相当的系统。

在一个实施方案中，方法包括(a)将粉末分散在粉床中，(b)选择性地将粉末的一部分(例如通过激光)加热至高于要形成的特定铝合金产品的液相线温度的温度，(c)形成熔池，以及(d)以至少1000℃/秒的冷却速率冷却熔池。在一个实施方案中，冷却速率至少为10,000℃/秒。在另一个实施方案中，冷却速率至少为100,000℃/秒。在另一个实施方案中，冷却速率至少为1,000,000℃/秒。可根据需要重复步骤(a)-(d)，直到完成铝合金产品。