[发明专利]一种Al-Mg-Sc合金粉末及激光选区熔化成形工艺

说明书

本发明公开了一种Al‑Mg‑Sc合金粉末，按照重量百分比包括：Sc0.6‑0.8％、Mg4‑4.9％、Zr0.2‑0.5％、Mn0.3‑0.8％、Fe≤0.4％，余量为Al。还公开了所述的Al‑Mg‑Sc合金粉末的激光选区熔化成形工艺，包括如下步骤：在基板上铺设Al‑Mg‑Sc合金粉末，得粉末层；然后在惰性气体保护下利用激光对粉末层扫描，进行激光选区熔化成形。通过Al‑Mg‑Sc合金配方与激光选区熔化工艺相配合，由此得到的成形件具有优异的抗拉强度和硬度，为铝合金在高性能结构材料中应用提供了更多的可能。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，尤其涉及一种Al-Mg-Sc合金粉末及激光选区熔化成形工艺。

背景技术

激光选区熔化(selective laser melting，SLM)技术是激光增材制造技术的一种，该技术选用激光作为能量源，利用UG、CAD等软件设计出零件的三维模型，然后对三维模型进行切片处理，按照切片模型中规划好的路径在金属粉末床层进行逐层扫描，扫描过的金属粉末通过熔化、凝固从而达到冶金结合的效果，最终成形为模型设计的金属零件。利用激光选区熔化技术可以生产出致密好、精度高的复杂金属零部件，并且零件成形后的处理工艺较为简单，可大幅缩短生产周期。

铝合金及铝基复合材料对于激光增材制造是典型的难加工材料，这是由其特殊的物理性质(低激光吸收率、高热导率及易氧化等)决定的。较高的激光反射率使得铝合金粉末熔化困难，这就需要高功率的激光器；较高的导热性又会造成输入的热量急速传递消耗，最终导致熔池温度降低、液相粘度增加和浸润性变差，降低SLM成形铝合金的质量；铝合金易氧化性，使得铝合金粉末在激光增材制造的过程中熔体表面生成氧化膜，极大的破坏了熔体和已成形层之间的浸润性，这会导致表面“球化”、内部孔隙和裂纹等缺陷的产生。

目前，基于SLM成形的铝合金及铝基复合材料达10余种，且多为Al-Si系，此类合金因其铸造铝合金的材料本质，即便采用优化工艺制备，抗拉强度也很难突破400MPa，从而限制了其在具有较高服役性能要求的航空航天承力构件上的使用。Al-Mg-Sc系铝合金属于高强铝合金，主要用在飞机的机翼腹板、机身结构的梁、肋以及重要连接部位接头零头。随着航空航天产品的需求不断提升，对铝合金材料的性能提出了更高的要求，为了进一步推广SLM铝合金部件在高性能结构材料中的应用，新型高强度铝合金的研发成为新的研究热点。通过铝合金成分、SLM制造工艺参数等显著影响构建成形质量、显微组织以及力学性能的重要环节进行优化，能提高其在航空航天等各个领域的应用，具有十分重要的意义。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供了一种Al-Mg-Sc合金粉末及激光选区熔化成形工艺，通过合金配方与激光选区熔化工艺相配合，由此得到的成形件具有优异的抗拉强度和硬度，为铝合金在高性能结构材料中应用提供了更多的可能。

本发明具体技术方案如下

本发明提供了一种Al-Mg-Sc合金粉末，按照重量百分比包括：Sc 0.6-0.8％、Mg4-4.9％、Zr 0.2-0.5％、Mn 0.3-0.8％、Fe≤0.4％，余量为Al。

优选地，所述Al-Mg-Sc合金粉末按照重量百分比还包括：Si≤0.4％、Zn≤0.25％、Cu≤0.1％、Ti≤0.15％、V≤0.05％。

优选地，所述Al-Mg-Sc合金粉末的粒径为24.7-66.8μm。

优选地，所述Al-Mg-Sc合金粉末的松装密度为1.35-1.40g/cm³。

本发明还提供了上述Al-Mg-Sc合金粉末的激光选区熔化成形工艺，包括如下步骤：在基板上铺设上述任一项Al-Mg-Sc合金粉末，得粉末层；然后在惰性气体保护下利用激光对粉末层扫描，进行激光选区熔化成形。

优选地，粉末层的厚度为25-35μm。