[发明专利]用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法

说明书

本发明公开了用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法，用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其包括Ce、La和Al三种组分，各组分的含量按重量百分比计算，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，余量为Al。其还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。本发明创造性地通过Ca合金化以提高金属间化合物的体积分数、通过Mg元素产生固溶强化效果、借助增材制造的方法实现了高强耐热铝合金材料。第三，本发明含有纳米级的共晶颗粒，高体积分数的共晶颗粒与本身热稳定性使得铝合金材料兼具有较高的强度与耐热性。

技术领域

本发明属于铝合金制造技术领域，具体涉及一种用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法。

背景技术

铝合金由于低密度、比强度高、耐腐蚀性能好，已经越来越多地被用于代替铁合金以及钛合金，在发动机部件如发动机缸体和气缸盖的制造中减轻重量以实现轻量化。美国和/或欧洲铝合金标准中铸造发动机缸体和发动机缸盖大都采用诸如A356、319和AS7GU(A356+0 .5％Cu)等传统铝合金牌号。传统的内燃机工作温度为大约160℃至190℃，由这些传统铝合金铸造的发动机缸体和气缸盖在上述温度范围内工作时表现出良好的延展性和疲劳性能。现代的轻质燃料高效发动机其功率密度、排气温度和气缸压力峰值已显著增加，使得工作温度提升到250℃至350℃，大大高于传统的160℃至190℃范围。而传统铝合金在上述温度下，由于析出相的粗化或者溶解，合金的高温强度和蠕变强度表现出了明显的不足。因此，针对大功率燃油发动机的使用需求，需要一种新型铝合金材料，使得其在更高的工作温度下表现出优异的拉伸、蠕变和疲劳强度特性，并且可以用于金属铸造工艺以及增材制造工艺。

发明内容

本发明提供一种用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料及其制备方法，用于克服现有技术中制备的铝合金材料不能兼具高强度以及耐高温的难题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其包括Ce、La和Al三种组分，各组分的含量按重量百分比计算，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，余量为Al。

上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。

上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料，其还包括Fe和或Cu，所述Fe的含量为0.1-0.5wt％，所述Cu的含量为0.2-0.5wt％。

用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其包括以下步骤：

S1：选择铝合金粉末原料；所述铝合金粉末原料包含Ce，La，Al，Ce的含量为2～5wt％，La的含量为1～5wt％，其余为Al；

S2：通过激光粉床选择性激光熔化方式制备铝合金本体，选择性激光熔化的能量密度为70～120J/m，扫描速度为400～1600mm/s；

S3：对所述铝合金本体依次进行去应力退火和强化热处理，获得铝合金材料。

上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1中，所述铝合金粉末原料还包括Ca和或Mg，所述Ca含量为0.5~2wt%，所述Mg含量为0.2~0.8wt%。

上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1中，所述铝合金粉末原料还包括Fe和或Cu，所述Fe的含量为0.1-0.5wt％，所述Cu的含量为0.2-0.5wt％。

上述的用于大功率汽车发动机的增材制造耐热铝合金材料的制备方法，其步骤S1中，所述铝合金粉末原料各组分粒径为20～63μm。