[发明专利]消除激光选区熔化增材制造2024铝合金微裂纹的方法

说明书

本发明公开了一种消除激光选区熔化增材制造2024铝合金微裂纹的方法及通过该方法增材制造得到的2024铝合金。所述方法包括：将2024铝合金粉末与稀土钇粉末进行预混合，得到第一混合粉末；然后将所述第一混合粉末与2024铝合金粉末进行混合，并放置于球磨机中进行球磨处理，得到第二混合粉末；利用该第二混合粉末采用激光选区熔化方法进行增材制造，得到2024铝合金零部件。本发明通过将钇粉均匀混入2024铝合金粉中，消除了2024铝合金在成形过程中出现的微裂纹，提高了2024铝合金的抗拉强度。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，更具体地，涉及一种消除激光选区熔化增材制造2024铝合金微裂纹的方法。

背景技术

铝合金是仅次于钢的第二大金属，具有密度小、可强化、易加工、耐腐蚀、良好的导热性、导电性等特性，是工业发展的重要基础材料。其中，2024铝合金是以铜、镁、锰为主要合金元素的典型结构材料，可以进行热处理强化，以获得较其它类型铝合金更高的强度，属于硬铝合金，常应用于航空航天中机身、下机翼表面、发动机挡板等。

近年来，增材制造技术得到快速发展，从最开始的仅适用于各类原型的快速制造，到如今应用于航空航天、生物医疗、交通运输等领域，有着广阔发展前景。作为一种典型增材制造技术，激光选区熔化基于离散/堆积的原理以及激光焊接技术，通过计算机辅助设计，对需要打印的模型进行切片，在二维平面内激光扫描使粉末材料局部熔化，由点及线、由线及面、层层堆积，将连续的轨道和层以冶金结合的形式粘合在一起，最终完成三维实体的成形。与传统的制造方法(如铸造、锻造、粉末冶金等)相比，激光选区熔化技术在结构复杂零件的轻量化制造、一体化成形中具有很大的优势，且其成形件具有成形精度高、表面粗糙度低、基本无需后处理等特点。

因此，采用激光选区熔化技术成形2024铝合金可以很好地满足航天航空领域对材料轻质高强、结构一体化成形的需求。然而，2024铝合金的凝固区间较宽(约为135℃)，在激光选区熔化成形时存在很高的微裂纹敏感性，严重恶化了强度，尚失了应用价值。已有研究团队采用球磨混粉方法将锆粉加入到2024铝合金粉中，在激光选区熔化成形过程中锆粉可有效抑制微裂纹的产生。但是，球磨混粉较难实现锆粉在铝合金粉中的均匀分布，不利于成形实体中微观组织的均匀形成。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种消除激光选区熔化增材制造2024铝合金微裂纹的方法及通过该方法增材制造得到的2024铝合金，其目的在于消除2024铝合金在成形过程中出现的微裂纹，提高2024铝合金的抗拉强度，通过将钇粉均匀混入2024铝合金粉中，由此解决2024铝合金的凝固区间较宽(约为135℃)，在激光选区熔化成形时存在很高的微裂纹敏感性，严重恶化了强度的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种消除激光选区熔化增材制造2024铝合金微裂纹的方法，包括：将2024铝合金粉末与稀土钇粉末进行预混合，得到第一混合粉末；然后将所述第一混合粉末与2024铝合金粉末进行混合，并放置于球磨机中进行球磨处理，得到第二混合粉末；利用该第二混合粉末采用激光选区熔化方法进行增材制造，得到2024铝合金零部件。

优选地，所述第一混合粉末中2024铝合金粉末与钇粉末的质量之比为(0.8-1.2):1。

优选地，所述钇粉末的纯度为99.9％，粒径为0.4-128μm。

优选地，所述预混合采用超声进行预混合，该超声为连续振动模式，超声功率为100W，作用时间为20-40min。

优选地，所述第一混合粉末的质量与所述第二混合粉末的质量之比为(0.018-0.066):1；所述混合粉末中钇粉末的含量为1～3wt％。

优选地，所述球磨处理的条件为球料比为1:1，放入球磨罐之后抽真空并充入氩气保护，球磨转速为200-400rpm，球磨时间为4-6h。