[发明专利]一种采用钪铝合金成型尾翼搭载发动机壳体的方法及产品

说明书

本发明属于3D打印领域，并公开了一种采用钪铝合金成型尾翼搭载发动机壳体的方法及产品。该方法包括下列步骤：(a)选取铝合金粉末和金属钪作为原料，将二者球磨混合，以此获得混合粉末；(b)构建待成形尾翼搭载发动机壳体的三维模型，将所述混合粉末采用选择性激光熔化成形方法按照所述三维模型进行成形，以此获得尾翼搭载发动机壳体；(c)对所述尾翼搭载发动机壳体进行热处理和后处理，以此获得所需的产品。同时本发明还公开了上述方法获得的产品。通过本发明，提高尾翼搭载发动机壳体的机械强度，避免焊缝的服役失效，安全高效。

技术领域

本发明属于3D打印领域，更具体地，涉及一种采用钪铝合金成型尾翼搭载发动机壳体的方法及产品。

背景技术

随着对战术导弹高机动性能要求的提高，导弹在大气层中的飞行速度进一步增加，使得固体火箭发动机这一战术导弹的动力装置具有高质量比、高气动加热、高过载等特点。壳体作为发动机的重要组成部分，既是推进剂贮箱又是推进剂化学反应场所，又是弹体的一部分，为弹体其他部件（如电缆罩、翼等）提供支撑。当发动机工作时，壳体作为薄壁件，不仅承受高达 10MPa 左右的内压，还需承受来自全弹的外载荷，如轴压、弯矩、剪力等。因此，轻质、薄壁壳体承载着内压与外载荷的联合作用。而某型战术导弹因弹体气动结构的要求，尾翼由弹体舱段移至发动机壳体外表面，较大的气动载荷联合发动机自身高内压，导致壳体承载状况急剧恶劣。传统的钛钢合金材料已经无法满足尾翼搭载发动机壳体的服役环境对壳体材料轻质高强的要求，因而急需开发新的高强度铝合金材料。

钪是一种很活泼的金属，溶点为1539℃，沸点为2832℃，密度为2.995g/cm³。钪在铝合金中与铝形成弥散的高度稳定的Al3Sc金属间相，Al3Sc质点的晶体结构和晶格常数与铝相似，在铝合金内起沉淀强化剂、晶粒细化剂与再结晶抑制剂的作用。研究表明，合金中添加的Sc含量为0.1 %～0.5 %，在室温到300℃范围内，合金的室温拉伸强度、高温耐热性能及晶界腐蚀性能都得到了改善。另外，我国拥有非常丰富的钪资源，对钪的研究和生产已经有了一定的基础，含钪铝合金在高新尖端领域如航空航天、船舶、火箭导弹等的应用有十分广阔的前景。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种采用钪铝合金成型尾翼搭载发动机壳体的方法及产品，在尾翼搭载发动机壳体中选择加入金属钪元素，使得获得的产品结构机械性能增强，同时，通过采用3D打印一体化成形尾翼搭载发动机壳体，有效避免焊缝的服役失效，安全高效，且可根据服役环境更改尾翼和发动机壳体的结合方式与内在结构，灵活性高。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种采用钪铝合金成型尾翼搭载发动机壳体的方法，该方法包括下列步骤：

（a）选取铝合金粉末和金属钪作为原料，将二者球磨混合，以此获得混合粉末；

（b）构建待成形尾翼搭载发动机壳体的三维模型，将所述混合粉末采用选择性激光熔化成形方法按照所述三维模型进行成形，以此获得尾翼搭载发动机壳体；

（c）对所述尾翼搭载发动机壳体进行热处理和后处理，以此获得所需的产品。

进一步优选地，在步骤（a）中，所述铝合金粉末采用工业上常见的A6061、702A和YL102中的一种或多种，该铝合金粉末的粒径为20μm～60 μm；所述混合粉末中钪的质量分数为0.05%～0.5%。

进一步优选地，在步骤（a）中，所述球磨的转速为200 r/min～300r/min，时间为5.5h～6.5h。

进一步优选地，在步骤（b）中，所述选择性激光熔化成形中，激光功率为200W～300W，扫描速度为750mm/s～1350mm/s，层厚为30μm～40μm，扫描间距为70μm ～110μm。

进一步优选地，在步骤（c）中，所述热处理包括先在温度为400℃～450℃下保温5h～6h时间，然后在温度为80℃～100℃下进行淬火，时间为50h～55h。