[发明专利]一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法

说明书

本发明提供了一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法，包括以下步骤：提供高强铝合金球形粉末和功能复合颗粒，所述功能复合颗粒为硬质相和合金元素相的混合物，将所述高强铝合金球形粉末和所述功能复合颗粒混合处理，得到混合粉体；惰性气氛条件下，采用选区激光熔化设备在激光功率190‑220W，激光束直径70μm，扫描速度115‑155mm/s，扫描间距40‑80μm，粉层厚度70μm，粉末预热150‑250℃的条件下，选区激光熔化成形，自然冷却出来后制备获得高强铝合金工件。

技术领域

本发明属于金属材料3D打印领域，尤其涉及一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法。

背景技术

选区激光熔化技术是金属3D打印家族中的重要分支，能利用激光直接局部熔化金属粉末，实现复杂零件的快速精密成形，并已实现了不锈钢、高强钢、钛合金、高温合金、铸造铝合金、钴铬合金等材料的成形。但是，在广泛应用于航空航天、武器装备、汽车工业和电子等高端领域的高强铝合金复杂精密构件制造方面，却不能很好地发挥作用。因为高强铝合金的合金化程度高，凝固范围大，热裂敏感性高，在选区激光熔化过程中产生的高温(3000℃以上)、微熔池(20-120μm)、急速冷却凝固条件(凝固速率高达5m/s)下，极易因凝固收缩产生孔洞及贯穿整个晶粒的热裂纹缺陷并沿晶界扩展，严重影响该合金的成形性和力学性能。

细小均匀的等轴晶结构能够容纳应变并防止产生裂纹。在熔体凝固过程中增大过冷度是获得理想等轴晶结构的关键所在，然而，由于铝热导率高、合金元素液态时扩散系数大，选区激光熔化形成的凝固速率与温度梯度很难产生大的过冷度。在凝固前沿前，提供高密度、低能垒的异质形核质点，能降低等轴晶生长所需的过冷度。

尽管当前国内外开展了一些通过晶粒细化改善选区激光熔化成形高强铝合金热裂的研究工作并取得一定成果，但研究重点仅集中在调整工艺参数，及外加/内生纳米级单/多相的异质形核质点或只添加单/多种合金元素来细化晶粒，所得合金仍存在孔洞或热裂纹缺陷等问题，且力学性能很差。如美国学者(Nature,2017,549,365-369.)采用ZrH2细化选区激光熔化成形的7075高强铝合金晶粒，虽然在一定程度上解决了热裂问题，但是所得成形件的抗拉强度不到400MPa，远低于铸造-变形传统方法获得的合金(580MPa以上)。比利时学者(J.Mater.Process Tech.,2016,238,437-445.)在粉末中添加Si元素，能细化选区激光熔化成形的Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的晶粒，但是合金致密度很低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法，旨在解决现有技术选区激光熔化成形高强铝合金的方法，产生孔洞及贯穿整个晶粒的热裂纹缺陷并沿晶界扩展，严重影响该合金的成形性和力学性能的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法，包括以下步骤：

提供高强铝合金球形粉末和功能复合颗粒，所述功能复合颗粒为硬质相和合金元素相的混合物，将所述高强铝合金球形粉末和所述功能复合颗粒混合处理，得到混合粉体；

惰性气氛条件下，采用选区激光熔化设备在激光功率190-220W，激光束直径70μm，扫描速度115-155mm/s，扫描间距40-80μm，粉层厚度70μm，粉末预热150-250℃的条件下，选区激光熔化，待成形后自然冷却，制备获得高强铝合金工件。

优选的，所述高强铝合金球形粉末的粒度为200目，D90为40-50μm；

所述硬质相的粒径为30-50nm；所述合金元素相的粒径为30-50μm。

优选的，所述硬质相的粒径为40nm；所述合金元素相的粒径为40μm。

优选的，所述功能复合颗粒中，所述硬质相和所述合金元素相的体积比为1:1。