[发明专利]一种增材制造高强铝合金粉及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及金属增材制造领域，特别涉及一种选区激光熔化增材制造用高强铝合金粉末材料及其制备方法和应用。所述铝合金以质量百分数计，包括下述组分：Cu：3.0％‑6.0％，Mg：1.0％‑3.0％，Mn：0.5％‑1.2％，轻稀土元素：0.2‑2.0％，Zr：0.1％‑1.0％，Ti：0.15％～0.3％，其余为Al及不可去除的杂质元素。本发明通过均匀化处里得到待雾化合金，采用高温雾化介质进行超音速雾化处理得到优质粉末。所得有优质粉末经3D打印制得产品。本发明材料组分设计合理、制备工艺科学；所得产品性能优良，便于大规模工业化应用。

技术领域

本发明涉及金属增材制造领域，特别涉及一种选区激光熔化增材制造用高强铝合金粉末材料及其制备方法和应用。

背景技术

增材制造又被称3D打印，被誉为引领全球工业第三次革命的代表性技术之一。其中选取激光熔化技术(SLM)基于逐层叠加的原理直接制造金属零件，采用高功率密度激光束将三维计算机辅助设计软件中设计好的三维模型直接打印成型。相比传统制造工艺，SLM具有成形精度高、近净成形、不受形状限制、系统柔性好、材料利用率高、致密性好、组织细小、成形件力学性能好等优点，在航空航天、船舶、医疗器械、轨道交通、汽车、电子通讯等领域拥有巨大的应用前景。应用的材料体系主要有不锈钢、高强钢、镍基合金、钴基合金、铝基合金。

铝合金具有比强度高、导热导电性能好、抗腐蚀性能好等优点，在航天、航空、船舶、电子通讯、轨道交通等国民经济领域有广泛的应用。在铝合金体系中，AlSi12、AlSi10Mg等Al-Si合金应用于增材制造零件技术相对比较成熟，已实现部分工程化应用。但Al-Si系合金增材制造零件的力学性能不高，不能满足高强度应用领域的需求。Al-Cu合金由于其独特的性能，如硬度高、强度好、优异耐热性能和加工性能等，是飞行器、飞机等装备非承力构件的首选材料，也是航天、航空领域应用最广泛的铝合金体系，其在航天航空的用量占同领域铝合金消耗量的50％以上。

航天、航空领域要求铝合金既能满足强度要求，又要满足功能要求，零件的形状和结构逐渐复杂，不断挖掘材料的减重是行业的永恒追求。围绕高强铝合金的迫切需求，美国通用公司通过添加Sc、Zr开发了Al-Mg-Sc-Zr新型高强铝合金，并注册合金牌号；国内专利(公开号：CN107502795A，CN109909492A)公开了在5XXX合金中添加Sc、Zr的新型高强合金；国内专利(公开号：CN110317982A)公开了一种通过添加TiB₂的高强Al-Si系新型合金；国内专利(公开号：CN109402472A)公开了一种通过添加Li、Sc、Zr的铝铜系高强合金；国内专利(公开号：CN108330344A)公开了一种在7XXX合金中增加Si元素改善合金焊接性能的高强铝合金。上述案例调整优化合金成分，通过SLM增材制造制备了高强度的铝合金零件，满足了某些特定领域的需求。

复合添加Sc、Zr改善了铝合金的焊接性能和强度，但Sc的添加增加了铝合金的材料成本；TiB₂等陶瓷颗粒均是后续通过物理的方法进行混合，成分偏析难以避免；Si含量的增加导致7XXX铝合金力学性能从600MPa大幅减低到300MPa。增材制造铝合金粉末主要采用气雾化法制备，细分率(0-53μm)普遍低，在40％以下，制粉成本较高，不利于增材制造技术的推广应用。传统高强铝合金焊接性能较差，在选取激光熔化过程中容易导致产生裂纹缺陷，因此在传统高强铝合金基础上，调整或优化成分配比，研制可焊接性好的新型高强铝合金对推进增材制造在铝合金构件制造中的推广应用具有重要的价值。

发明内容：

为改善传统高强铝合金的可焊接性能，提高增材制造铝合金合金的性能，本发明提供一种用于增材制造的Al-Cu合金粉末及其制备方法，具体技术方案如下：

一种用于增材制造的Al-Cu-Mg-Mn-RE-Zr铝合金粉末，所述铝合金以质量百分数计，包括下述组分：