[发明专利]一种高性能7050铝合金3D打印选区激光熔化成形件及其应用

说明书

本发明属于增材制造及粉末冶金技术领域，公开了一种高性能7050铝合金3D打印选区激光熔化成形件及其应用。所述成形件是先将Ta粉和过筛的7050铝合金粉末混合；再采用单激光器打印，激光器功率为450～500W，预热温度为200～250℃，在基板上打印，得到含Ta的7050铝合金件；最后使用切割机将含Ta的7050铝合金件从基板上切下制得。该成形件可在粉末冶金及增材制造领域中的应用。

技术领域

本发明属于增材制造及粉末冶金技术领域，更具体地，涉及一种高性能7050 铝合金3D打印选区激光熔化成形件及其应用。

背景技术

3D打印技术，也被称为增材制造技术，被誉为“第三次工业革命”的核心技术。主要包含四种成型方式，选择性激光烧结(SLS)、电子束熔融(EBM)、选区激光熔化(SLM)、和激光近净成形(LENS)，其中研究的重点是选区激光熔化 (SLM)。

2011年，德国埃朗根-纽伦堡弗里德里希·亚历山大大学进行了7系了合金 3D打印SLM单道成形报道，证明了其可行性；

随后，德国汉堡工业大学Kaufmann N,Imran M,Wischeropp T M等就SLM 工艺参数对7075铝合金成形质量的影响展开了研究，通过优化参数，如调整激光功率、扫描方式、扫描速度、粉末厚度等最终获得了致密度达99％以上的试样^[7]。然而热裂纹是一个仍待解决的问题。虽然通过增加层厚、提高预热温度、激光重熔及增大光斑直径等手段可以减少SLM成形时的热裂倾向，却无法消除。受其影响，在拉伸试验时会在热裂纹处造成应力集中，形成裂纹源，产生脆性断裂，试样近乎无延伸率。同时在Z轴方向上，受未熔合缺陷影响，室温拉伸强度不及XOY方向的四分之一。

2014年，比利时鲁汶大学的Kruth团队在探究如何减少裂纹的方向上取得了进展。虽然最终成型件的致密度只有98.9％，但实现了7xxx系高强铝合金的无裂纹成形。原理是添加4wt％的粒径小于10μm的Si，与基体粉末21铝合金粉体混合后成形，通过细化晶粒，减小7075铝合金SLM成形时的热裂倾向，来达到消除其热裂纹的目的。

同年，国内华中科技大学武汉光电国家实验室开始了7xxx系铝合金SLM成形的研究，发现了熔池模式与热裂纹地形成与分布地关系。SLM成形的铝合金可根据工艺参数的设置，如激光能量大小、扫描方式、扫描速度、粉末厚度等和离焦量即激光焦点离作用物质的距离的设定来调整，激光交点处光斑中心的功率密度过高，容易蒸发金属液成孔，而离开激光焦点的各平面上的功率密度分布较均匀。而根据工艺参数及离焦量可大致可以分为三种熔池模式：稳定的热传导、稳定的深熔焊及过度模式。在稳定的热传导和过度模式下，热裂纹分别与沉积方向平行，几乎垂直生长及呈混乱状。这些裂纹只有通过添加微量元素才能达到消除的目的，仅仅调整优化工艺参数是无法消除的。

2017年下半年，美国加州大学巴拉巴拉分校的Martin J H,Yahata B D, HundleyJ M等人通过静电组装技术，获得了均匀的混合物。粉体中的纳米ZrH₂颗粒作为异质形核质点，在7050粉体表面分布均匀，起到了细化晶粒的作用。而原本具有方向性，容易导致热裂的柱状晶转化为各方向上尺寸相差较小的等轴晶，增强了抗热裂性能，降低了热裂敏感性，从而使7050高强铝合金无裂纹的 SLM成形得以实现。7系铝合金3D打印SLM成型的主要缺点在于成型时热热裂纹仅依靠优化打印参数无法消除，而添加Si后虽然通过细化晶粒的作用减小了铝合金SLM成形时的热裂纹，实现了无裂纹成形但Si作为铝合金中的杂质元素，其成形件的致密度只有98.9％，极大地影响了成形件地性能。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明的目的在于提供了一种高性能7050铝合金3D打印选区激光熔化成形件。

本发明另一目的在于提供了上述高性能7050铝合金3D打印选区激光熔化成形件的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：