CN107058825A - 用于ALM结构的整体构造的具有钪的Al‑Mg‑Zn合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于ALM结构的整体构造的具有钪的Al‑Mg‑Zn合金。本发明涉及铝合金,用于生产轻质金属工件的方法,包含所述铝合金的轻质金属工件,以及所述铝合金用于以下方面的用途:用于通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件,用于负荷优化的组件(特别是汽车制造中或航空航天应用中)、设备工程、医疗技术,或者作为用于结构组件的涂层材料。
Description
技术领域
本发明涉及铝合金,用于生产轻质金属工件的方法,包含所述铝合金的轻质金属工件,以及所述铝合金用于以下方面的用途:用于通过加层制造(additive layermanufacturing,ALM)和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件,用于负荷优化的组件(特别是汽车制造中或航空航天应用中)、设备工程、医疗技术,或者作为用于结构组件的涂层材料。
背景技术
在ALM技术的范围内,存在不同的生产方法,例如粉床法、粉喷法或基于线的工艺。对于重负荷结构/结构组件,这种类型的工艺技术提供了具有多功能个性化设计可能性的负荷优化的构件构造,例如,通过来自不同材料或“合金相关”材料的整体或整合的材料构造。根据制造方法,生成方法支持材料的最大利用以及构件的复杂性。在此,尤其可能的是通过潜在地直接整合在工艺中的部分材料调整/改变/增强,通过整合多个或至少两个材料粉末容器或材料线导向装置进行的近端轮廓结构组件的定制制造。
ALM工艺(特别是航空旅行中)构成了精密铸造技术的技术竞争,主要用于生产用于航空旅行或医疗技术的复杂结构组件,所述结构组件进而是薄壁的且是根据合金而负荷优化的。而且少量的所需结构组件是非常重要的。在精密铸造的情况下,铝合金A357(AlSi7Mg0.6)主要用于薄壁结构,而A201/KO1(AlCu5MgTiAg)主要用作壁厚度更大的结构组件的更坚固的变体。标准材料主要用于ALM工艺。在钛合金的情况下,该材料特别地为Ti6Al4V,而在铝合金的情况下,该材料为AlSi10Mg。现在所需的强度值远大于400MPa,而且通常只能用锻造合金实现,然而,锻造合金不能或者仅仅用普通铸造方法难以铸造。
然而,为了能够根据结构组件的应用充分地利用ALM工艺技术的优点,需要设计工艺优化的材料。
因此,期望提供一种铝合金。还期望提供可以直接整合在部分或整体构件制造的生产过程中的铝合金。另外,期望提供这样的铝合金:通过该铝合金可以避免复杂的热机械处理并因此进一步可以节省昂贵且耗时的工艺步骤。还期望提供这样的铝合金:其使得能够进行热处理而没有材料损坏和/或热应力/翘曲。此外,期望提供这样的铝合金:用该铝合金可以省掉复杂的构件整平并且还可以提高构件的重现性和经济效率。因此,特别期望提供这样的铝合金:其适于生产轻质金属工件,特别是通过ALM工艺技术和/或喷涂法。
因此,本发明的一个目的是提供一种铝合金,特别是适于生产高强度轻质金属工件的铝合金。本发明的另一个目的是使得所述铝合金能够直接整合在部分或整体构件制造的生产过程中。本发明的又一个目的是通过所述铝合金避免复杂的热机械处理(例如轧制、挤压和锻造)并因此进一步可以节省昂贵且耗时的工艺步骤。本发明的又一个目的是允许所述铝合金进行热处理而没有材料损坏和/或热应力/翘曲。本发明的再一个目的是由于使用所述铝合金而省掉复杂的构件整平并且还能够提高构件的重现性和经济效率。本发明的另一个目的是使所述铝合金适于生产高强度轻质金属工件,特别是通过ALM工艺技术和/或喷涂法。
这些目的通过权利要求中所限定的主题内容来实现。有利的实施方案是从属权利要求的主题。
发明内容
因此,本发明的第一主题是由以下组成的铝合金:
相对于所述合金的总重量为4.0重量%至10.0重量%的锌(Zn),
相对于所述合金的总重量为1.0重量%至3.5重量%的镁(Mg),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素,
相对于所述合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu),
相对于所述合金的总重量为0重量%至<0.4重量%的硅(Si),
相对于所述合金的总重量为0重量%至<0.5重量%的铁(Fe),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti),
相对于所述合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc),
剩余部分为铝和另外的杂质,所述另外的杂质各自相对于所述合金的总重量为至多0.1重量%,并且总体相对于所述合金的总重量为至多0.5重量%。
根据本发明的铝合金是特别热稳定的。另一个优点在于,根据本发明的铝合金可以直接整合在部分或整体构件制造的生产过程中。又一个优点在于,通过根据本发明的铝合金可以避免复杂的热机械处理并因此进一步可以节省昂贵且耗时的工艺步骤。又一个优点在于:根据本发明的铝合金使得能够进行热处理而没有材料损坏和/或热应力/翘曲。再一个优点在于,由于使用根据本发明的铝合金,可以省掉复杂的组件整平并且还可以提高构件的重现性和经济效率。另一个优点特别在于:根据本发明的铝合金适于生产高强度轻质金属工件,特别是通过ALM工艺技术和/或喷涂法。
例如,合金包含相对于合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%,特别地4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn)和/或相对于合金的总重量为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg)。
例如,合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.03重量%至0.15重量%的钛(Ti)和/或相对于合金的总重量为0.02重量%至0.75重量%,特别地0.05重量%至0.7重量%的钪(Sc)。
例如,合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至2.0重量%,特别地0.05重量%至1.5重量%的铜(Cu)和/或相对于合金的总重量为0.01重量%至0.5重量%,特别地0.05重量%至0.4重量%的锰(Mn),和/或相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.02重量%至0.15重量%的铬(Cr)。
例如,合金包含镁(Mg)的量使得锌(Zn)与镁(Mg)的重量比[wt(Zn)/wt(Mg)]为2:1至3:1。
例如,合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素。
例如,铪(Hf)和/或铽(Tb)的量各自相当于钪(Sc)量的至多1/4。
例如,合金以粉末的形式,特别是以包含平均粒径d50≤100μm,优选为20μm至70μm的颗粒的粉末的形式提供。
本发明还提供了一种用于生产轻质金属工件的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供如本文所限定的铝合金,
b)通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产包含来自步骤a)的铝合金的轻质金属工件,以及
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃。
例如,该方法包括使来自步骤c)的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理的另一步骤d)。
本发明还涉及轻质金属工件,其包含如本文所限定的铝合金。
本发明还涉及如本文所限定的铝合金用于通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件的用途。本发明另外涉及如本文所限定的铝合金用于结构组件(特别是汽车制造中或航空航天应用中),设备工程,医疗技术,或作为用于结构组件的涂层材料的用途。
具体实施方式
本发明涉及铝合金。
该铝合金由以下组成:
相对于合金的总重量为4.0重量%至10.0重量%的锌(Zn),
相对于合金的总重量为1.0重量%至3.5重量%的镁(Mg),
相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素,
相对于合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu),
相对于合金的总重量为0重量%至<0.4重量%的硅(Si),
相对于合金的总重量为0重量%至<0.5重量%的铁(Fe),
相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn),
相对于合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr),
相对于合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti),
相对于合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc),
剩余部分为铝和另外的杂质,另外的杂质各自相对于合金的总重量为至多0.1重量%,并且总体相对于合金的总重量为至多0.5重量%。
该铝合金应该特别适于通过ALM工艺技术和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件。
因此,本发明的一个要求是:铝合金包含相对于合金的总重量为4.0重量%至10.0重量%的锌(Zn)。铝合金优选地包含相对于合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%,特别地4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn)。
本发明的另一个要求是:铝合金包含相对于合金的总重量为1.0重量%至3.5重量%的镁(Mg)。铝合金优选地包含相对于合金的总重量为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg)。
例如,铝合金包含相对于合金的总重量为4.0重量%至10.0重量%的锌(Zn)和为1.0重量%至3.5重量%的镁(Mg)。铝合金优选地包含相对于合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%的锌(Zn)和为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg)。铝合金甚至更优选地包含相对于合金的总重量为4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn)和为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg)。
本发明的一个优点在于,铝合金包含与镁(Mg)相比大量的锌(Zn),并且特别地,锌量高于常规合金中的锌量。
铝合金优选地包含锌(Zn)和镁(Mg)的量使得锌(Zn)与镁(Mg)的重量比[wt(Zn)/wt(Mg)]为2:1至3:1。锌(Zn)与镁(Mg)的此重量比特别有利于改善耐腐蚀性。
铝合金还可以包含多种另外的合金元素。
此外,可以向铝合金添加选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素。特别地,可以向铝合金添加相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素。
在一个实施方案中,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素。例如,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、铽(Tb)和钒(V)的至少一种元素。
在一个实施方案中,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的锆(Zr)和/或钒(V)。例如,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的锆(Zr)和钒(V)。替代地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的锆(Zr)或钒(V)。
例如,铝合金包含相对于合金的总重量各自为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少两种元素,特别地两种元素。替代地,铝合金包含相对于合金的总重量各自为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少三种元素,特别地三种或四种元素。
如果铝合金包含锆(Zr),则锆(Zr)的量相当于钪(Sc)的量的至多1/4。换言之,铝合金以相当于钪(Sc)的量的≤25%的量包含锆(Zr)。例如,铝合金以相当于钪(Sc)的量的<25%的量包含锆(Zr)。
优选地,铝合金包含相对于合金的总重量例如为0.01重量%至0.375重量%的锆(Zr)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.02重量%至0.35重量%,特别地0.05重量%至0.3重量%的锆(Zr)。
在一个替代实施方案中,铝合金包含相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的铪(Hf)和/或铽(Tb)。在一个实施方案中,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的铪(Hf)和铽(Tb)。替代地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的铪(Hf)或铽(Tb)。
如果铝合金包含铪(Hf)和/或铽(Tb),则铪(Hf)和/或铽(Tb)的量各自相当于钪(Sc)的量的至多1/4。换言之,铝合金以各自相当于钪(Sc)的量的≤25%的量包含铪(Hf)和/或铽(Tb)。例如,铝合金以各自相当于钪(Sc)的量的<25%的量包含铪(Hf)和/或铽(Tb)。
在一个实施方案中,铝合金包含0.001重量%至0.5重量%的锆(Zr)或0.001重量%至0.5重量%的钒(V)或0.001重量%至0.5重量%的钆(Gd)或0.001重量%至0.5重量%的铪(Hf)或0.001重量%至0.5重量%的钼(Mo)或0.001重量%至0.5重量%的铽(Tb)或0.001重量%至0.5重量%的铌(Nb)或0.001重量%至0.5重量%的铒(Er)。替代地,铝合金包含0.001重量%至0.5重量%的锆(Zr)和0.001重量%至0.5重量%的钒(V)和0.001重量%至0.5重量%的钆(Gd)和0.001重量%至0.5重量%的铪(Hf)和0.001重量%至0.5重量%的钼(Mo)和0.001重量%至0.5重量%的铽(Tb)和0.001重量%至0.5重量%的铌(Nb)和0.001重量%至0.5重量%的铒(Er)。在各种情况下以重量%计的值相对于合金的总重量。
铝合金包含相对于合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.03重量%至0.15重量%的钛(Ti)。特别地,钛降低导电性。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.02重量%至0.75重量%,特别地0.05重量%至0.7重量%的钪(Sc)。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至2.0重量%,特别地0.05重量%至1.5重量%的铜(Cu)。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至0.5重量%,特别地0.05重量%至0.4重量%的锰(Mn)。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至<0.5重量%的铁(Fe)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.05重量%至0.4重量%,特别地0.05重量%至0.2重量%的铁(Fe)。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.02重量%至0.15重量%的铬(Cr)。
铝合金还包含相对于合金的总重量为0重量%至<0.4重量%的硅(Si)。优选地,铝合金包含相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.05重量%至0.15重量%的硅(Si)。
在一个实施方案中,铝合金优选地包含相对于合金的总重量为0.05重量%至0.4重量%,优选地0.05重量%至0.2重量%的铁(Fe)和相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.05重量%至0.15重量%的硅(Si)。
铝合金的剩余部分为铝。铝合金还可能包含相对于合金的总重量各自为至多0.1重量%的杂质,并且总体相对于合金的总重量为至多0.5重量%。
因此,铝合金优选地由以下组成:
相对于合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%,优选地4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn),
相对于合金的总重量为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg),相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素,
相对于合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu),
相对于合金的总重量为0重量%至<0.4重量%的硅(Si),
相对于合金的总重量为0重量%至<0.5重量%的铁(Fe),
相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn),
相对于合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr),
相对于合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti),
相对于合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc),
剩余部分为铝和另外的杂质,另外的杂质各自相对于合金的总重量为至多0.1重量%,并且总体相对于合金的总重量为至多0.5重量%。
因此,铝合金优选地由以下组成:
相对于合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%,优选地4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn),
相对于合金的总重量为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg),
相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素,
相对于合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu),
相对于合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%的硅(Si),
相对于合金的总重量为0.05重量%至0.4重量%的铁(Fe),
相对于合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn),
相对于合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr),
相对于合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti),
相对于合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc),
剩余部分为铝和另外的杂质,另外的杂质各自相对于合金的总重量为至多0.1重量%,并且总体相对于合金的总重量为至多0.5重量%。
铝合金可以以粉末或线的形式提供。用于生产粉末或线形式的合金的方法是现有技术中已知的。
根据本发明的铝合金特别适于通过ALM工艺技术和/或喷涂法生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件。因此,根据本发明的铝合金优选地以粉末、线或填充材料的形式提供。
例如,铝合金以包含平均粒径d50≤100μm,优选为10μm至70μm的颗粒的粉末形式提供。
在一个实施方案中,铝合金以包含平均粒径d50为20μm至70μm,优选20μm至60μm的颗粒的粉末形式提供。替代地,铝合金以平均线直径为0.8mm至5mm,优选地0.8mm至1.2mm的线的形式提供。
当铝合金待通过喷涂法加工时,铝合金优选地作为粉末使用。喷涂法是现有技术中已知的。例如,可以经由冷气体、常压等离子体、HVOF或火焰喷涂来生产轻质金属工件。当经由常压等离子体、HVOF或火焰喷涂来生产轻质金属工件时,粉末的平均粒径d50优选≤100μm,甚至更优选50μm至90μm。如果经由冷气体来生产轻质金属工件,则粉末的平均粒径d50为5μm至70μm,优选5μm至60μm。
因此,根据本发明的铝合金也适于通过喷涂法生产高强度轻质金属工件。根据本发明的铝合金优选地以粉末或线的形式提供。
在一个实施方案中,首先由铝合金的粉末生产线或填充材料。这样的生产方法在现有技术中是已知的。
本发明还涉及一种用于通过加层制造(ALM)生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法。轻质金属工件优选地通过如下文所述的方法来生产。
根据本发明的用于生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法至少包括以下步骤:
a)提供铝合金,
b)通过加层制造(ALM)生产包含来自步骤a)的铝合金的轻质金属工件,以及
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃。
例如,用于生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法包括使来自步骤c)的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理的另一步骤d)。
在一个实施方案中,用于生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法由以下步骤组成:
a)提供铝合金,
b)通过加层制造(ALM)生产包含来自步骤a)的铝合金的轻质金属工件,
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃,以及
d)任选地,使来自步骤c)的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理。
因此,根据步骤a),根据本发明的方法的一个要求是提供铝合金。
关于铝合金,参照以上关于铝合金及其实施方案的限定。
按照根据本发明的方法的步骤b),通过加层制造(ALM)生产包含铝合金的轻质金属工件。
用于通过加层制造(ALM)生产轻质金属工件的方法是现有技术中已知的。
按照根据本发明的方法的步骤c),以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃。
例如,将步骤c)中的冷却进行至≤60℃,优选至室温。
本领域技术人员已知,固化速率应适合于所生产的轻质金属构件/工件的直径并且取决于所生产的轻质金属工件的热消散。因此,本领域技术人员将相应地尽可能地调节固化速率以适应所生产的轻质金属工件。在本发明的一个实施方案中,步骤c)中的冷却以1,000K/秒至10,000,000K/秒,优选5,000K/秒至100,000K/秒的固化速率进行。例如,步骤c)中的冷却以10,000K/秒至100,000K/秒,优选25,000K/秒至100,000K/秒,最优选50,000K/秒至100,000K/秒的固化速率进行。这样的固化速率特别地具有以下优点:可以向铝合金中添加更大量的钪。
这样的用于冷却轻质金属工件的方法是现有技术中已知的。例如,可以借助于在运动空气中冷却或者通过在水中骤冷以限定方式冷却轻质金属工件。
替代地,步骤c)中的冷却露天进行。
在根据本发明的方法的任选的步骤d)中,可以使步骤c)中获得的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理。
按照根据本发明的方法的任选的步骤d)的热处理也可以以多个阶段和/或步骤进行。
优选使步骤c)中获得的轻质金属工件经受在80℃至470℃的温度范围的热处理。
在本发明的一个实施方案中,根据任选的步骤d)的热处理在两阶段工艺中进行。例如,热处理的第一步骤可以在100℃至500℃的温度范围中,例如在100℃至470℃的温度范围中进行10分钟至2小时的时间段,而热处理的第二步骤可以在80℃至160℃的温度范围中进行10分钟至50小时的时间段。
例如,热处理可以在空气、保护气体中或者在真空中进行。例如,按照根据本发明的方法的任选的步骤d)的热处理在保护气体(如氮气或氩气)中,在80℃至500℃的温度下,例如在80℃至470℃的温度下进行10分钟至52小时的时间段。
在本发明的一个实施方案中,按照根据本发明的方法的任选的步骤d)的热处理直接在步骤c)之后进行,即,按照根据本发明的方法的步骤d)的热处理直接对步骤c)中获得的轻质金属工件进行。换言之,如果进行按照步骤d)的热处理,则根据本发明的方法优选在方法步骤c)与d)之间没有一个或更多个另外的方法步骤的情况下进行。替代地,按照根据本发明的方法的步骤d)的任选热处理在步骤c)之后但是在稍后的时间进行,即,按照根据本发明的方法的步骤d)的热处理对步骤c)中获得的轻质金属工件进行,但是并不是紧接着步骤c)之后进行。换言之,根据本发明的方法在方法步骤c)与d)之间没有一个或更多个另外的方法步骤的情况下进行。
在本发明的一个实施方案中,步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件可以经受进一步的冷却。
例如,将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件冷却至室温。在一个实施方案中,在一个步骤中将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件冷却至室温。替代地,在多个步骤中将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件冷却至室温。例如,将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件冷却至低于步骤d)中的热处理温度的限定温度,随后露天冷却至室温。
在本发明的一个实施方案中,以≥10K/秒并且优选≥10K/秒至20K/秒的冷却速率将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件冷却至室温。例如,以≥20K/秒或20K/秒至1000K/秒的冷却速率将经热处理的轻质金属工件冷却至室温。
这样的用于冷却经热处理的轻质金属工件的方法在现有技术中是已知的。例如,可以借助于在运动空气中冷却或者通过在水中骤冷以限定方式将经热处理的轻质金属工件冷却至室温。
替代地,将步骤d)中获得的经热处理的轻质金属工件露天冷却至室温。
本发明还涉及一种用于通过喷涂法生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法。轻质金属工件优选地通过如下文所述的方法来生产。
根据本发明的用于生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法至少包括以下步骤:
a)提供铝合金,
b)通过喷涂法生产包含来自步骤a)的铝合金的轻质金属工件,以及
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃。
例如,用于生产轻质金属工件的方法包括使来自步骤c)的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理的另一步骤d)。
在一个实施方案中,用于生产轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件的方法由以下步骤组成:
a)提供铝合金,
b)通过喷涂法生产包含来自步骤a)的铝合金的轻质金属工件,
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的轻质金属工件冷却至≤80℃,以及
d)任选地,使来自步骤c)的轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理。
关于步骤a)、b)、c)和任选的步骤d),参照以上关于铝合金、用于通过加层制造生产轻质金属工件的方法及其实施方案的限定。
用于通过喷涂法生产轻质金属工件的方法是现有技术中已知的。例如,可以通过冷气体、常压等离子体、HVOF和火焰喷涂来生产轻质金属工件。
由于根据本发明的轻质金属工件所提供的优点,本发明还涉及包含铝合金的轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件。例如,由铝合金组成的轻质金属工件,特别是高强度轻质金属工件。
本发明还涉及铝合金用于通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件的用途。
本发明的另一个方面还涉及铝合金用于结构组件(特别是汽车制造中或航空航天应用中),设备工程,医疗技术,或作为用于结构组件的涂层材料的用途
如上所述,根据本发明的铝合金提供了这样的优点:其可以直接整合在部分或整体组件制造的生产过程中。另一个优点在于:通过根据本发明的铝合金可以避免复杂的热机械处理并因此进一步可以节省昂贵且耗时的工艺步骤。再一个优点在于:根据本发明的铝合金使得能够进行热处理而没有材料损坏和/或热应力/翘曲。又一个优点在于:由于使用根据本发明的铝合金,可以省掉复杂的构件整平并且还可以提高构件的重现性和经济效率。另一个优点特别在于:根据本发明的铝合金适于生产高强度轻质金属工件,特别是通过ALM工艺技术和/或喷涂法。
Claims (13)
1.一种铝合金,由以下组成:
相对于所述合金的总重量为4.0重量%至10.0重量%的锌(Zn),
相对于所述合金的总重量为1.0重量%至3.5重量%的镁(Mg),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素,
相对于所述合金的总重量为0重量%至<2.5重量%的铜(Cu),
相对于所述合金的总重量为0重量%至<0.4重量%的硅(Si),
相对于所述合金的总重量为0重量%至<0.5重量%的铁(Fe),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.5重量%的锰(Mn),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.3重量%的铬(Cr),
相对于所述合金的总重量为0重量%至0.2重量%的钛(Ti),
相对于所述合金的总重量为0重量%至1.25重量%的钪(Sc),
剩余部分为铝和另外的杂质,所述另外的杂质各自相对于所述合金的总重量为至多0.1重量%,并且总体相对于所述合金的总重量为至多0.5重量%。
2.根据权利要求1所述的铝合金,其中所述合金包含相对于所述合金的总重量为4.0重量%至8.0重量%,特别地4.1重量%至8.0重量%的锌(Zn)和/或相对于所述合金的总重量为1.1重量%至3.0重量%的镁(Mg)。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的铝合金,其中所述合金包含相对于所述合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.03重量%至0.15重量%的钛(Ti)和/或相对于所述合金的总重量为0.02重量%至0.75重量%,特别地0.05重量%至0.7重量%的钪(Sc)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝合金,其中所述合金包含相对于所述合金的总重量为0.01重量%至2.0重量%,特别地0.05重量%至1.5重量%的铜(Cu)和/或相对于所述合金的总重量为0.01重量%至0.5重量%,特别地0.05重量%至0.4重量%的锰(Mn)和/或相对于所述合金的总重量为0.01重量%至0.2重量%,特别地0.02重量%至0.15重量%的铬(Cr)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的铝合金,其中所述合金包含镁(Mg)的量使得锌(Zn)与镁(Mg)的重量比[wt(Zn)/wt(Mg)]为2:1至3:1。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的铝合金,其中所述合金包含相对于所述合金的总重量为0.001重量%至0.5重量%的选自锆(Zr)、铪(Hf)、钼(Mo)、铽(Tb)、铌(Nb)、钆(Gd)、铒(Er)和钒(V)的至少一种元素。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的铝合金,其中铪(Hf)和/或铽(Tb)的量各自相当于钪(Sc)的量的至多1/4。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的铝合金,其中所述合金以粉末形式,特别是以包含平均粒径d50≤100μm,优选20μm至70μm的颗粒的粉末形式提供。
9.一种用于生产轻质金属工件的方法,所述方法包括以下步骤:
a)提供根据权利要求1至8中任一项所述的铝合金,
b)通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产包含来自步骤a)的所述铝合金的轻质金属工件,
c)以≤10,000,000K/秒的固化速率将步骤b)中获得的所述轻质金属工件冷却至≤80℃。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述方法包括使来自步骤c)的所述轻质金属工件经受在80℃至500℃的温度范围的热处理的另一步骤d)。
11.一种轻质金属工件,包含根据权利要求1至8中任一项所述的铝合金。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的铝合金用于通过加层制造(ALM)和/或喷涂法生产高强度轻质金属工件的用途。
13.根据权利要求1至8中任一项所述的铝合金用于结构组件,特别是汽车制造中或航空航天应用中的结构组件;设备工程;医疗技术;或作为用于结构组件的涂层材料的用途。
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