CN105401026B - 一种超高强铝合金粉 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种超高强铝合金粉，按质量百分比计，其元素组分和含量为：Zn：10.0～20.0wt.％，Cu：4.0～8.0wt.％，Hf：2.0～6.0wt.％，Yb：0.5～2.0wt.％，Mg：0.5～1.5wt.％，Ti：0.2～0.5wt.％，Ta：0.05～0.2wt.％，Zr：0.1～0.5wt.％，Fe：≤0.05wt.％，Si：≤0.05wt.％，Ni：≤0.05wt.％，余量为Al，铝合金粉的粒径为5～50μm。超高强铝合金粉为球形、铝合金粉粒径小、铝合金成分元素中种类较少，非常适合航空用高强度铝合金零部件的粉末冶金或3D打印工艺成形，获得的铝合金零部件力学性能优异，可以替代部分航空飞行器中使用的钛合金或高强钢材料。

Description

一种超高强铝合金粉
技术领域
本发明涉及铝合金粉，尤其是一种航空飞行器承力构件用超高强铝合金粉。
背景技术
当前，民用或军用飞机上大量使用钛合金或高强钢作为重要承力构件的材料。如Boeing-777在起落架及支柱、安定面接头、紧固件等零部件上使用了Ti10-2-3、Tiβ21S等钛合金，这些钛合金具有较高的强度，其强度水平可接近或超过1000MPa。但由于钛合金的原材料成本高及加工工艺的复杂性，造成了钛合金零部件的高昂价格。
铝合金密度低(仅为2.7g/cm3)，是钛合金密度的60％，是钢铁密度的35％，在同等级材料强度的情况下，采用铝合金材料的航空飞行器构件可获得更高的比强度，并有效减轻飞行器的质量，使飞行器获得更优越的机动性和燃油效率。同时，铝合金的原材料的生产和后续制造加工的成本也远低于钛合金。因此，采用高强、超高强铝合金替代钛合金或钢铁作为航空重要承力构件的材料是一个较好的低成本、高性价比的解决方案。
由于粉末冶金及3D打印成形方法具有制品无成分偏析、组织和性能均匀、材料利用率高、适宜复杂形状零部件的近净成形、机加工量小等优点，是高性能、高质量航空飞行器零部件的优选和高效的制备加工方法之一。如CN102676958B的发明专利“一种高性能粉末冶金耐热铝合金的制备方法”公开一种高速压制成形制备粉末冶金铝合金部件的方法。此外，CN104862554A的发明专利“一种航空航天用高强高韧铝合金及其制备方法”公开一种航空航天用高强高韧铝合金材料，CN104862556A的发明专利“一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金及其制备方法”也公开一种航空航天用高强高抗应力腐蚀铝合金材料，上述专利的不足之处是合金中使用了Sc、In、Ag等昂贵元素，合金的抗拉强度为760～780Mpa，距替代钛合金和高强钢材料仍有差距，同时，发明中的合金制备涉及复杂熔铸和热处理工艺，不适宜近净成形的粉末冶金工艺材料的制备。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航空飞行器承力构件用超高强铝合金粉，超高强铝合金粉需为球形、铝合金粉粒径小、铝合金成分元素中种类较少。
为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
一种超高强铝合金粉，按质量百分比计，铝合金粉中元素的组分含量为：Zn：10.0～20.0wt.％，Cu：4.0～8.0wt.％，Hf：2.0～6.0wt.％，Yb：0.5～2.0wt.％，Mg：0.5～1.5wt.％，Ti：0.2～0.5wt.％，Ta：0.05～0.2wt.％，Zr：0.1～0.5wt.％，Fe：≤0.05wt.％，Si：≤0.05wt.％，Ni：≤0.05wt.％，余量为Al。
超高强铝合金粉的第一优选方案，其粒径为5～50μm。
与最接近的现有技术比，本发明提供的航空飞行器承力构件用超高强铝合金粉具有以下优点：超高强铝合金粉为球形、铝合金粉粒径小、铝合金成分元素中种类较少，非常适合航空用高强度铝合金零部件的粉末冶金或3D打印工艺成形，获得的铝合金零部件力学性能优异，可以替代部分航空飞行器中使用的钛合金或高强钢材料。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1:
铝合金粉中的元素的组分含量为：Zn：10.0wt.％，Cu：8.0wt.％，Hf：3.4wt.％，Yb：0.8wt.％，Mg：1.1wt.％，Ti：0.5wt.％，Ta：0.12wt.％，Zr：0.1wt.％，Fe：0.03wt.％，Si：0.02wt.％，Ni：0.05wt.％，余量为Al，铝合金粉的粒径为50μm。
使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了安定面接头部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了试样的力学性能为：抗拉强度827MPa、屈服强度654MPa、延伸率8.7％。
实施例2:
铝合金粉中的元素的组分含量为：Zn：12.3wt.％，Cu：5.1wt.％，Hf：5.2wt.％，Yb：2.0wt.％，Mg：0.8wt.％，Ti：0.2wt.％，Ta：0.05wt.％，Zr：0.2wt.％，Fe：0.02wt.％，Si：0.03wt.％，Ni：0.01wt.％，余量为Al，铝合金粉的粒径为25μm。
使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了安定面接头部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了试样的力学性能为：抗拉强度841MPa、屈服强度669MPa、延伸率10.2％。
实施例3:
铝合金粉中的元素的组分含量为：Zn：14.7wt.％，Cu：4.0wt.％，Hf：2.0wt.％，Yb：0.5wt.％，Mg：0.5wt.％，Ti：0.3wt.％，Ta：0.09wt.％，Zr：0.3wt.％，Fe：0.05wt.％，Si：0.01wt.％，Ni：0.04wt.％，余量为Al，铝合金粉的粒径为30μm。
使用上述铝合金粉并利用粉末冶金的热等静压、烧结工艺制造了安定面接头部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了试样的力学性能为：抗拉强度864MPa、屈服强度687MPa、延伸率12.6％。
实施例4:
铝合金粉中的元素的组分含量为：Zn：20.0wt.％，Cu：6.9wt.％，Hf：6.0wt.％，Yb：1.6wt.％，Mg：1.5wt.％，Ti：0.3wt.％，Ta：0.2wt.％，Zr：0.5wt.％，Fe：0.02wt.％，Si：0.05wt.％，Ni：0.02wt.％，余量为Al，铝合金粉的粒径为5μm。
使用上述铝合金粉并利用选择性激光烧结(SLS)工艺制造了安定面接头部件，从部件上切取拉伸试样，按照GB/T 228-2010标准在室温条件下测定了试样的力学性能为：抗拉强度907MPa、屈服强度708MPa、延伸率15.3％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。

Claims (2)

1.一种超高强铝合金粉，其特征在于，按质量百分比计，所述铝合金粉中元素的组分含量为：Zn：14.7～20.0wt.％，Cu：5.1～8.0wt.％，Hf：2.0～6.0wt.％，Yb：0.8～2.0wt.％，Mg：0.8～1.5wt.％，Ti：0.2～0.5wt.％，Ta：0.05～0.2wt.％，Zr：0.2～0.5wt.％，Fe：≤0.05wt.％，Si：≤0.05wt.％，Ni：≤0.05wt.％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的超高强铝合金粉，其特征在于，所述铝合金粉的粒径为5～50μm。
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