CN108889946B - 一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，它涉及一种铝合金零件的激光增材制造方法。本发明是要解决现有的铝合金薄壁零件在激光立体成形增材制造过程中存在塌陷和气孔的技术问题。本发明：一、基板清洗；二、粉末烘干；三、激光增材制造。本发明可以有效的解决铝合金在激光立体成形过程中的塌陷问题，使用本发明的铝合金薄壁零件激光立体成形方法打印的铝合金零件，每层提升高度稳定，可以稳定生长200层以上，内部气孔直径小于0.2mm，成形零件的致密度为99％以上，铝合金薄壁的厚度为1mm～3mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种铝合金零件的激光立体成形方法。
背景技术
金属增材制造近些年得到了很大的发展，尤其是使用钛合金镍合金的增材制造技术目前发展的已经相对较成熟，国内和国际通过激光立体成形技术进行增材制造的钛合金零件已经成功应用于飞机中。
但是与之不同的是，铝合金激光立体成形增材制造的发展却严重不足。铝合金在激光立体成形过程中塌陷和气孔等问题仍然得不到很好的解决。国内外有一些学者对铝合金激光立体成形进行了研究，但是大多数研究打印的薄壁铝合金零件都只打印了十几层或者几十层，做的也都是基础研究，几乎没有成形的薄壁零件。
发明内容
本发明是要解决现有的铝合金薄壁零件在激光立体成形增材制造过程中存在塌陷和气孔的技术问题，而提供一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法。
本发明的一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法是按以下步骤进行的：
一、基板清洗：将铝合金基板在温度为40℃～60℃的氢氧化钠水溶液中浸泡腐蚀5min～10min后取出，然后将铝合金基板置于冷水中冲洗2min～3min，再将铝合金基板置于质量分数为30％的硝酸溶液中浸泡5min～10min以中和余碱，再用冷水冲洗2min～3min，最后在60℃～100℃的烘干炉内烘干；所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为8％～10％；
二、粉末烘干：将铝合金粉末放置在烘干炉中，在温度为60℃～120℃的条件下烘干1h～5h；
三、激光增材制造：
①、在增材制造前10min～20min，将铝合金基板从步骤一的烘干炉中取出，用丙酮擦拭铝合金基板的表面；
②、激光立体成形：将步骤二中烘干后的铝合金粉末放入送粉器中，调节铝合金粉末的焦点汇聚在铝合金基板的表面，调节激光的焦点汇聚在铝合金基板表面以下2mm～10mm；
③、启动送粉器，使用送粉喷嘴送粉，送粉速度为2.5g/min～6.5g/min，然后开启光纤激光器，扫描速度为1m/min～1.2m/min，打印过程中，每层提升高度为0.2mm～0.6mm，激光的功率如下：
从第一层至五十层的激光功率逐层递减，
且第一层到第五层的激光功率为1200W～1400W；
第六层到第十层的激光功率为1100W～1250W；
第十一到第二十层的激光功率为1000W～1200W；
第二十层到第五十层的激光功率为900W～1000W；
第五十层以上的激光功率为900W～950W。
铝合金的激光立体成形过程对热输入特别敏感，热输入大就会塌陷。本发明合理调整了增材制造过程的热输入，沉积刚开始时，铝合金基板温度低，激光功率大时沉积过程才稳定，但是随着沉积高度的增加，沉积过程散热会逐渐从热传导主导变为对流导热为主导，散热速度变慢，如果此时还保持原激光功率会导致热输入过大而塌陷，所以本发明采用每层降低一次功率的方法合理控制了热输入，另外沉积过程中铝合金基板热量也会升高，同样导致散热变慢，减小热输入才能保持熔池的稳定，最后实现了铝合金薄壁的增材制造。本发明可以有效的解决铝合金在激光立体成形过程中的塌陷问题，使用本发明的铝合金薄壁零件激光立体成形方法打印的铝合金零件，每层提升高度稳定，可以稳定生长200层以上，内部气孔直径小于0.2mm，成形零件的致密度为99％以上，铝合金薄壁的厚度为1mm～3mm。
附图说明
图1为试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的光学显微照片；
图2为试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的光学显微照片；
图3为试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的实物照片。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，具体是按以下步骤进行的：
一、基板清洗：将铝合金基板在温度为40℃～60℃的氢氧化钠水溶液中浸泡腐蚀5min～10min后取出，然后将铝合金基板置于冷水中冲洗2min～3min，再将铝合金基板置于质量分数为30％的硝酸溶液中浸泡5min～10min以中和余碱，再用冷水冲洗2min～3min，最后在60℃～100℃的烘干炉内烘干；所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为8％～10％；
二、粉末烘干：将铝合金粉末放置在烘干炉中，在温度为60℃～120℃的条件下烘干1h～5h；
三、激光增材制造：
①、在增材制造前10min～20min，将铝合金基板从步骤一的烘干炉中取出，用丙酮擦拭铝合金基板的表面；
②、激光立体成形：将步骤二中烘干后的铝合金粉末放入送粉器中，调节铝合金粉末的焦点汇聚在铝合金基板的表面，调节激光的焦点汇聚在铝合金基板表面以下2mm～10mm；
③、启动送粉器，使用送粉喷嘴送粉，送粉速度为2.5g/min～6.5g/min，然后开启光纤激光器，扫描速度为1m/min～1.2m/min，打印过程中，每层提升高度为0.2mm～0.6mm，激光的功率如下：
从第一层至五十层的激光功率逐层递减，
且第一层到第五层的激光功率为1200W～1400W；
第六层到第十层的激光功率为1100W～1250W；
第十一到第二十层的激光功率为1000W～1200W；
第二十层到第五十层的激光功率为900W～1000W；
第五十层以上的激光功率为900W～950W。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤一中所述的铝合金基板的材质为Al-Si系或Al-Mg系。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中所述的铝合金粉末的材质为Al-Si系。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤三中所述的送粉喷嘴为同轴送粉喷嘴。其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤三中的扫描速度为1m/min。其他与具体实施方式四相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，具体是按以下步骤进行的：
一、基板清洗：将铝合金基板在温度为40℃～60℃的氢氧化钠水溶液中浸泡腐蚀5min～10min后取出，然后将铝合金基板置于冷水中冲洗2min～3min，再将铝合金基板置于质量分数为30％的硝酸溶液中浸泡5min～10min以中和余碱，再用冷水冲洗2min～3min，最后在60℃～100℃的烘干炉内烘干；所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为8％～10％；
二、粉末烘干：将铝合金粉末放置在烘干炉中，在温度为60℃～120℃的条件下烘干1h～5h；
三、激光增材制造：
①、在增材制造前10min～20min，将铝合金基板从步骤一的烘干炉中取出，用丙酮擦拭铝合金基板的表面；
②、激光立体成形：将步骤二中烘干后的铝合金粉末放入送粉器中，调节铝合金粉末的焦点汇聚在铝合金基板的表面，调节激光的焦点汇聚在铝合金基板表面以下2mm～10mm；
③、启动送粉器，使用送粉喷嘴送粉，送粉速度为2.5g/min～6.5g/min，然后开启光纤激光器，扫描速度为1m/min～1.2m/min，打印过程中，每层提升高度为0.2mm～0.6mm，激光的功率如下：
从第一层至五十层的激光功率逐层递减，
且第一层到第五层的激光功率为1200W～1400W；
第六层到第十层的激光功率为1100W～1250W；
第十一到第二十层的激光功率为1000W～1200W；
第二十层到第五十层的激光功率为900W～1000W；
第五十层以上的激光功率为900W～950W；
步骤一中所述的铝合金基板的材质为Al-Si系；步骤二中所述的铝合金粉末的材质为AlSi10Mg；步骤三中所述的送粉喷嘴为同轴送粉喷嘴。
图1和图2为试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的光学显微照片，从图中可以看出气孔小于0.2mm，且组织分布均匀。
图3为试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的实物照片，从图中可以看出铝合金薄壁零件1的表面没有塌陷。
试验一中3D激光打印的铝合金薄壁零件的平均硬度为78.24HV。
Claims (5)
1.一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，其特征在于铝合金薄壁零件激光立体成形方法是按以下步骤进行的：
一、基板清洗：将铝合金基板在温度为40℃～60℃的氢氧化钠水溶液中浸泡腐蚀5min～10min后取出，然后将铝合金基板置于冷水中冲洗2min～3min，再将铝合金基板置于质量分数为30％的硝酸溶液中浸泡5min～10min以中和余碱，再用冷水冲洗2min～3min，最后在60℃～100℃的烘干炉内烘干；所述的氢氧化钠水溶液的质量分数为8％～10％；
二、粉末烘干：将铝合金粉末放置在烘干炉中，在温度为60℃～120℃的条件下烘干1h～5h；
三、激光增材制造：
①、在增材制造前10min～20min，将铝合金基板从步骤一的烘干炉中取出，用丙酮擦拭铝合金基板的表面；
②、激光立体成形：将步骤二中烘干后的铝合金粉末放入送粉器中，调节铝合金粉末的焦点汇聚在铝合金基板的表面，调节激光的焦点汇聚在铝合金基板表面以下2mm～10mm；
③、启动送粉器，使用送粉喷嘴送粉，送粉速度为2.5g/min～6.5g/min，然后开启光纤激光器，扫描速度为1m/min～1.2m/min，打印过程中，每层提升高度为0.2mm～0.6mm，激光的功率如下：
从第一层至五十层的激光功率逐层递减，
且第一层到第五层的激光功率为1200W～1400W；
第六层到第十层的激光功率为1100W～1250W；
第十一到第二十层的激光功率为1000W～1200W；
第二十层到第五十层的激光功率为900W～1000W；
第五十层以上的激光功率为900W～950W。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，其特征在于步骤一中所述的铝合金基板的材质为Al-Si系或Al-Mg系。
3.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，其特征在于步骤二中所述的铝合金粉末的材质为Al-Si系。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，其特征在于步骤三中所述的送粉喷嘴为同轴送粉喷嘴。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金薄壁零件激光立体成形方法，其特征在于步骤三中的扫描速度为1m/min。
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