[发明专利]一种适用于增材制造的铝合金

说明书

本发明公开了一种适用于增材制造的铝合金，其成分按质量百分比为：Si：9.2~10.5%，Mg：0.3~0.5%，Sc：0.1~0.3%，Y：0.3~0.7%，La：0.3~0.7%，Sc+Y+La：1.0~1.5%，Mn：0.01~0.02%，Cu：0.01~0.05%，Fe：0.12~0.15%，Ni：0.02~0.05%，Zn：0.20~0.25%，Sn：0.01~0.02%，余量为Al。本发明通过控制元素成分、同时加入Sc、Y、La元素微合金化的方法得到了适合激光增材制造的高强度低成本铝硅镁合金，制成粉末后激光增材制造后获得的增材体的室温抗拉强度为481~528 MPa，室温屈服强度为379~419 MPa，断后延伸率为9.4~12.0%。

技术领域

本发明涉及增材制造技术领域，具体涉及一种适用于增材制造使用的高强度低成本铝合金。

背景技术

增材制造的过程是按照计算机辅助设计构建的三维空间模型，将薄层材料进行逐层累加来制造三维实体零部件。与传统的等材制造和减材制造相比，增材制造大大缩短了零部件的生产周期，原料利用率高，优化设计时更加高效和灵活，被广泛用于航空航天、能源、医学和汽车等领域的高性能零部件的设计与制造并且这些优点已经在跨越多种行业和产品研发周期的不同阶段的生产过程中得到了体现。

铝镁硅合金具有良好的铸造性能和耐腐蚀性能，无热裂倾向、线收缩小，但其熔炼工艺复杂且容易产生针孔。将增材制造技术运用于铝硅镁合金零件的制造，不仅能够简化铝镁硅合金零件的生产工艺，还能获得缺陷较少且力学性能更优的铝镁硅合金零件，这对于制造结构复杂、可靠性高的铝镁硅合金零件具有重要意义。但铝镁硅合金的力学性能尚不能满足需求。

铝镁硅合金中加入质量分数为～0.8％的Sc元素能有效提高其拉伸性能，抗拉强度可达420Mpa～450MPa，但Sc元素价格昂贵，随着Sc含量的增加，材料成本大幅增加，本发明通过系列实验研究，采用Y、La元素同时替代部分Sc元素，采用Y、La元素与Sc元素同时加入，使发明的铝合金在增材制造后增材体获得了极高的强度，同时由于Sc元素质量百分比可以控制在0.1～0.3％之间，大幅降低了材料成本。

发明内容

为解决增材制造铝镁硅合金性能不能满足需求的问题以及含Sc铝合金成本过高的问题，本发明旨在提供一种适用于增材制造使用的高强度低成本铝合金及其制备方法，增材制造的样品相比于传统的含Sc铝合金的制造成本要低，且力学性能大幅提高。

本发明目的通过以下技术解决方案实现：

一种适用于增材制造的铝合金，其化学成分按质量百分比计为：Si：9.2～10.5％，Mg：0.3～0.5％，Sc：0.1～0.3％，Y：0.3～0.7％，La：0.3～0.7％，Sc+Y+La：1.0～1.5％，Mn：0.01～0.02％，Cu：0.01～0.05％，Fe：0.12～0.15％，Ni：0.02～0.05％，Zn：0.20～0.25％，Sn：0.01～0.02％，余量为Al。

基于铝合金粉末增材制造铝合金的方法，具体包括如下步骤：

将直径为15～53μm的铝合金粉末用于激光选区熔化制备块体，设置激光功率为350～400W，选择光斑直径为130μm的岛扫描，扫描速度为1100～1300mm/s，扫描间距为50～70μm，在基板上增材制造出所述铝合金的块体试样。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明在现有技术基础上改进铝合金配方，同时加入Sc、Y、La元素不仅提高了材料力学性能，还在提高材料力学性能的前提下有效地控制了Sc元素的使用量，从而降低了制造成本。增材制造的样品在平行于基板方向的室温抗拉强度为487～528MPa，室温屈服强度为390～419MPa，断后延伸率为9.4～12.0％，垂直于基板方向的拉强度为481～518MPa，屈服强度为379～416MPa，断后延伸率为10.4～11.6％。总之，该成分铝合金增材制造出的试样成形性好、工艺性好，增材体试样具有良好的强度和塑性。