[发明专利]铍铝合金航空航天构件的粉末增塑增材制造烧结成形方法

说明书

本发明公开了一种铍铝合金航空航天构件的粉末增塑增材制造烧结成形方法，该制备方法的步骤包括：配料、混炼、打印成型、真空热脱蜡、烧结、热压烧结和去辅得到成品，该方法解决了熔点相差大的合金元素材料在3D打印激光烧结时低熔点元素蒸发及液相反射造成高熔点元素难以熔化甚至分离的问题，解决了轻元素合金在3D打印时气孔率的行业共同质量问题，实现难熔合金和高反射率合金难以进行3D打印制造的问题，制造得到的成品在保证精度的情况下效率高，并且成本低。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体是一种铍铝合金航空航天构件的粉末增塑增材制造烧结成形方法。

背景技术

铍铝合金(典型的密度为2.6g·cm^-3)具有质量轻、比强度高、比刚度高、热稳定性好、高韧性、抗腐蚀、结合了铍的低密度与铝的易加工性等许多优良特性,随着航空、航天工业、计算机制造业、汽车工业及高精度、高速度电焊机器制造工业的飞速发展,其已成为一种越来越重要的新型材料。铍铝合金按铍含量可分为铝基合金和铍基合金,前者铍含量在5％以下,用作冶金添加剂；后者铍含量在60％以上,用作结构材料。现有技术中，因气孔和成分偏析的问题，导致使用铸造的工艺制作的构件一直难以量产。

现有技术中，制造航空航天的铍铝合金构件基本都是通过铸造的方式来得到，但由于其中的轻质元素，且熔化温度很高，铸造工艺产生的气孔难以消除，目前，用铸造的方法来制造航空航天的铍铝合金构件不能批量制造。因此，大家都希望可以通过增材制造的方法来制造航空航天的铍铝合金构件。

增材制造俗称3D打印，融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。铍铝合金(铍含量为58％～62％)构件在增材制造时，有以下三个问题，是轻合金3D打印技术共同存在的问题，也是至今影响推广其使用的问题：

(1)气孔率铝合金、镁合金、钛合金等轻合金在进行3D打印时，其致密度只有理论致密度的80％～85％，对于铍铝合金来讲，这样的致密度是不可兼容的；

(2)熔点差铍和铝的熔点差很大，铍的熔点是1287℃,铝的熔点是660℃，如果将铍和铝的金属混合粉进行3D打印时，铝会提前熔化并在熔池里包含铍的金属粉末，在这样的情况下，只有将温度加热至铍的熔点以上，才可能将铍熔化，但是，在操作时会面临以下两个问题：第一、铝熔化后，液体铝对激光的反射率大幅度提升，使激光的有效熔率开始下降，升温困难；第二、铍的熔化时间长，会造成已经凝固的铍铝的分层；

(3)蒸发如果直接使用可以熔化铍粉的温度对金属粉末进行加热，非常有可能造成液态铝和其他液态金属成分的蒸发。

发明内容

发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供一种铍铝合金航空航天构件的粉末增塑增材制造烧结成形方法，在常温下利用打印塑料材料的设备来解决金属材料的增材制造的问题。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种铍铝合金航空航天构件的粉末增塑增材制造烧结成形方法，其特征在于：该制备方法的具体步骤如下：

步骤一：配料混炼

将铍粉、铝粉和光敏石蜡混合，其中，铍的质量百分比为58％～62％，铝的质量百分比为38％～42％，铍粉与铝粉的混合物与光敏石蜡按照85～95:15～5的比例在真空下混合均匀，获得混合的原料；

将混合的原料在真空混炼机中进行真空混炼，混炼温度为30℃～80℃，混炼时间为60min～300min。

步骤二：打印成型

将混炼后的粉末通过塑料3D打印机技术逐层打印的方式得到成型的构件，构件结构包含为了保证强度的支撑辅筋结构；

步骤三：真空热脱蜡