[发明专利]一种铝合金构件的增材制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，尤其涉及一种铝合金构件的增材制造工艺。

背景技术

铝合金具有密度低、比强度高、导热、导电、耐腐蚀等特性，是航空航天、武器装备领域常用的一种轻质结构材料。增材制造技术能够实现变截面、内部复杂流道、精密薄壁件等传统加工技术难以实现的复杂构件的制造，在航空航天、武器装备关键零部件制造上具有广泛的应用前景。

但是，与不锈钢、高温合金、钛合金等其他金属材料相比，铝合金对激光的反射率较高、对激光的吸收率较低、易氧化以及具有较高的导热系数，在3D打印过程中经常发生开裂、翘曲、变形、球化等现象，打印构件存在致密度低、脆化、翘曲、开裂等问题，是增材制造技术中最难打印的材料之一。

铝合金在增材制造中具有独特的技术工艺特点，为了得到优异性能的变形铝合金结构件，满足航空航天、武器装备产品对变形铝合金构件的要求，有必要提出一种适用于铝合金的增材制造工艺。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铝合金构件的增材制造工艺，本发明提供的工艺能够获得质量良好的变形铝合金构件。

本发明提供了一种铝合金构件的增材制造工艺，包括：

将铝合金原料粉末进行铺粉，形成粉末层；

对粉末层先进行小能量密度的激光扫描再进行大能量密度的激光扫描，形成切片层；

所述小能量密度激光扫描的功率为250～300W；

所述大能量密度激光扫描的功率为400～450W；

在切片层表面重复上述铺粉和激光扫描的操作，直至得到预设形状的铝合金构件。

在本发明中，所述铝合金原料粉末的成分优选为7A04铝合金原料粉末，本发明提供的增材制造工艺尤其适用于制备得到7A04变形铝合金。在本发明中，所述铝合金原料粉末的成分中Cu的质量含量优选为1.4～2％，更优选为1.6～1.8％；Mg的质量含量优选为1.8～2.8％，更优选为2～2.5％；Zn的质量含量优选为5～7％，更优选为6％；Mn的质量含量优选为0.2～0.6％，更优选为0.3～0.5％；Cr的质量含量优选为0.1～0.25％，更优选为0.15～0.2％；Ti的质量含量优选≤0.1％；Si的质量含量优选≤0.5％；Fe的质量含量优选≤0.5％。在本发明中，所述铝合金粉末原料中杂质元素的质量含量优选＜0.1％。在本发明中，所述铝合金原料粉末中Al元素的质量百分含量为除去其他元素后的剩余百分含量。

本发明对所述铝合金原料粉末的制备方法没有特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的方法制备得到铝合金原料粉末即可，如可采用气体雾化法、离心雾化法、等离子火炬法。在本发明中，所述铝合金原料粉末优选流动性好，以满足激光选区熔化的铺粉要求。在本发明中，所述铝合金原料粉末的粒度优选为15～53μm，更优选为25～45μm，最优选为30～40μm；所述铝合金原料粉末的流动性优选≤70s/50g，更优选为5～60s/50g，最优选为10～50s/50g；所述铝合金原料粉末的休止角优选≤35°，更优选为5～30°，最优选为10～20°。

在本发明中，所述增材制造工艺主要是激光选区熔化工艺，需要对预获得的复杂形状构件进行切片处理，规划激光扫描路径进行线性激光扫描。在本发明中，激光扫描(包括所有激光扫描的操作)过程中的光斑直径优选为50～70μm，更优选为60～65μm。在本发明中，所述切片处理的切片厚度优选为20～30μm，更优选为25μm。在本发明中，所述铺粉即为根据切片处理的形状进行铺粉；所述铺粉的厚度优选为20～30μm，更优选为25微米；所述铺粉的铝合金原料粉末的供粉量优选为铺粉厚度所需粉量的1.5～2倍。在本发明中，优选采用铺粉机构在基板上进行铺粉；所述基板的预热温度优选为150～200℃，更优选为170～180℃。本发明在使用激光选区熔化工艺进行增材制造过程中优选形成室内氩气保护，选区熔化腔室内的氧含量优选低于100ppm，压力优选维持在10～40mbar，更优选为20～30mbar。