CN109365803B - 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法 - Google Patents

一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109365803B
CN109365803B CN201811564139.3A CN201811564139A CN109365803B CN 109365803 B CN109365803 B CN 109365803B CN 201811564139 A CN201811564139 A CN 201811564139A CN 109365803 B CN109365803 B CN 109365803B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aluminum alloy
rare earth
powder
additive manufacturing
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201811564139.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109365803A (zh
Inventor
雷正龙
黎炳蔚
陈曦
陈彦宾
毕江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN201811564139.3A priority Critical patent/CN109365803B/zh
Publication of CN109365803A publication Critical patent/CN109365803A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109365803B publication Critical patent/CN109365803B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/20—Direct sintering or melting
    • B22F10/28—Powder bed fusion, e.g. selective laser melting [SLM] or electron beam melting [EBM]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/17—Metallic particles coated with metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/34—Process control of powder characteristics, e.g. density, oxidation or flowability
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/36—Process control of energy beam parameters
    • B22F10/366—Scanning parameters, e.g. hatch distance or scanning strategy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
    • B22F10/66—Treatment of workpieces or articles after build-up by mechanical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y10/00—Processes of additive manufacturing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/24—After-treatment of workpieces or articles
    • B22F2003/247—Removing material: carving, cleaning, grinding, hobbing, honing, lapping, polishing, milling, shaving, skiving, turning the surface
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Abstract

一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，它涉及铝合金构件制备发方法。本发明为了解决高性能铝合金复杂构件的制备中出现的问题，本发明将增材制造用的商用铝合金粉末作为气相沉积工艺的基材，粒径尺寸15‑70μm，将稀土合金作为物理气相沉积的靶材，通过物理气相沉积在铝合金粉末表面沉积一层稀土元素涂层。本发明采用带有稀土涂层的铝合金粉末可显著提高构件的耐蚀、热稳定性及力学性能。本发明采用物理气相沉积对商用铝合金粉末进行稀土改性，材料利用率接较高，基本无材料浪费，且制备周期短，能耗低。本发明采用粉末激光增材制造可一次成形复杂结构部件，同时保证成形零件具有较高尺寸精度。本发明应用于材料加工工程领域。

Description

一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法
技术领域
本发明涉及一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，属于材料加工工程领域。
背景技术
面对环境污染和能源紧缺的难题，先进的柔性加工技术和零部件轻量化设计已成为当前制造领域的热点问题。铝合金材料由于其密度小，比强度高、耐磨耐蚀等一系列优质特性，被广泛应用在交通运输、航空航天、石油化工等领域。但是，该类材料塑性变形能力较差，在室温条件下难以成形复杂形状零件，从而严重限制了其应用范围。随着近年来增材制造产业的发展，使得铝合金复杂结构部件的使用得到了广泛推广。
在众多金属增材制造方法中，比较常用的就是电弧熔丝增材和高能束熔粉增材两大类。对于复杂金属构件来说，使用激光熔粉增材具有零件成形精度高、成形质量好，可一次直接成形等优势，显著缩短复杂零件的生产周期。激光熔粉增材主要分为激光熔化沉积(LMD)、选区激光熔化(SLM)两种工艺。这两种工艺均是以激光为热源，以粉末为原材料，通过熔化粉末层层堆积的方式制备零件。由于铝合金粉末对激光的反射率较高，使用激光增材制造工艺制备铝合金零件就需要较大的能量密度。而较大的热输入往往会导致铝合金构件内部组织粗化，显著降低构件的力学性能。同时，激光增材制造过程中能量束的扫描速度较快，造成金属熔化凝固速率过快，构件内部存在较大的残余应力，对于高强铝合金(2xxx、6xxx、7xxx系)来说，其凝固区间较宽，在较快速率凝固时会产生强烈的热裂倾向，造成构件的力学性能和致密度显著下降，采用LMD、SLM工艺制备复杂结构铝合金零件存在以下一系列问题：
(1)较大的热输入使构件内部组织由等轴晶区和柱状晶区交替组成，柱状晶区为构件的薄弱区，使构件的力学性能降低。
(2)常规商用铝合金粉末的激光吸收率较低，需较大的激光功率+较小的扫描速度才可以成形致密零件，成形效率极低。
(3)对于热裂倾向敏感的铝合金(2xxx、6xxx、7xxx)来说，LMD、SLM、工艺窗口较窄，构件内部极易出现裂纹缺陷。
(4)构件在200-500℃区间会发生再结晶与晶粒长大现象，显著降低构件的强度和疲劳寿命。
铝合金粉末的成分对成形构件的组织性能有显著影响。目前用于增材制造的商用铝合金粉末品种较为单一，其制备工艺主要为还原法、电解法和雾化法。而新成分规格的铝合金粉末由于其用量少而不适合大批量生产，其制备成本相对较高。研究开发性能可靠、成本低廉的铝合金粉末一直是铝合金增材制造中+关注的问题。目前增材制造铝合金粉末研发及构件制备主要集中于在制备粉末前向原材料中添加微量钪元素来消除6061铝合金的热裂缺陷(如专利CN201710774457.1)；向铝粉末中加入合金和稀土粉末球磨混合后通过气雾法制备含稀土元素的铝合金粉末，通过稀土改性来提高铝合金构件的力学性能(CN201711258324.5)；通过向陶瓷颗粒表面沉积进度涂层，通过热等静压，真空热压等工艺，进而可以制备出体积可控的金属基复合材料(如专利201711188662.6)。
虽然通过对铝合金粉末微合金化可以提高铝合金构件的组织及力学性能，但采用传统粉末制备技术制造成本较高，且制备出的粉末由于损耗及粒径分布范围大，使其成品率受到限制，造成增材制造铝合金构件的成本升高。采用气相沉积稀土涂层的方式，可适材料利用率接近100％，显著降低了材料消耗。同时，铝合金粉末对激光的吸收率较低，需要较大的能量输入才可实现铝合金构件成形，较大的热输入又会引发铝合金材料的组织粗化，造成成形构件的力学性能显著降低。对于2xxx、6xxx及7xxx系等高强铝合金而言，采用激光增材制造技术成形高强铝合金由于其冷缺速度过快，而高强铝合金的凝固区间较短，在成形过程中就不可避免的出现严重的热裂缺陷。
发明内容
本发明旨在针对高性能铝合金复杂构件的制备中出现的上述问题，提出一种新方法——一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法。具体流程如图4所示：本发明将增材制造用的商用铝合金粉末作为气相沉积工艺的基材，粒径尺寸15-70μm，将稀土合金作为物理气相沉积的靶材，通过物理气相沉积工艺在铝合金粉末表面沉积一层稀土元素涂层，采用表面改性的铝合金粉末进行增材制造可显著提高铝合金材料的成形性能。
本发明的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，它包以下步骤：
步骤一：选取铝合金粉末，金属靶材选用稀土合金靶材；采用物理气相沉积工艺在铝合金粉末表面沉积稀土合金，即得到表面为稀土涂层的铝合金粉末；沉积过程中对粉末进行振动搅拌；所述的物理气相沉积工艺条件为：工作气体为Ar，反应气体为氧气，二者的流量比为5-40mL/min，沉积温度100-400℃，压强0.4-2MPa，偏压-100-400V，沉积速率1-5μm/h，沉积层质量占整体粉末的0.5-4wt％；
其中，稀土涂层是以钪、锆为主体元素，二者质量比例为0.5-2：1，二者占整体铝合金粉末质量的0.3-1wt.％，稀土涂层中非主体元素含量占整个涂层质量10-30wt.％；
步骤二：将带有稀土沉积涂层的铝合金粉末在负压、惰性保护气氛条件下进行烘干，烘干温度为353-393K，烘干时间为1-24h；
步骤三:采用激光增材制造工艺制备铝合金构件，激光选区熔化参数如下：激光功率为100-500W，扫描速度为100mm/s-4000mm/s，层厚为25-70μm，基板温度为25-500℃，扫描间距为50-150μm，扫描策略：往复式单向扫描，层层转换角度；
步骤四:对激光增材制造的铝合金构件进行表面打磨或喷砂处理，即完成所述的粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造。
本发明选用增材制造商用铝合金粉末，通过使用物理气相沉积的方法在铝合金粉末表面沉积一定厚度的稀土或稀土合金的涂层，同时涂层中稀土元素的含量决定了稀土元素在整体粉末中比重。采用物理气相沉积的方法在商用铝合金表面沉积稀土涂层，可显著降低粉末对激光的反射，使该粉末在较小的热输入下即可成形致密零件，大大的提高了成形速率，降低热输入对晶粒粗化的影响；未经稀土改性的铝合金粉末在进行激光增材制造时，由于其对激光的吸收率较低，只能采取大功率小扫描速率的加工模式才可成形出致密度较高的零件，而采用稀土表面改性后，粉末对激光的吸收率大大增加，使其在较小的激光功率较大的扫描速度下均可成形，大大的扩大的铝合金激光增材制造的工艺窗口，同时，使铝合金的增材制造速率显著提高，相比于传统商用铝合金粉末激光增材制造而言，其成形速率可提高一倍以上。另外，添加稀土元素在铝合金凝固的过程中可形成L12结构的纳米粒子，该粒子可作为有效的非均匀形核剂，细化晶粒尺寸，从而提升打印构件的力学性能；另外，该粒子可有效的抑制铝合金热处理或热变形过程中再结晶的发生，显著抑制晶粒的长大倾向；除了可以细化晶粒和在结晶之外，该粒子可产生细晶强化和亚结构强化，同时高度弥散的粒子本身可以产生析出强化，显著提升构件的强度；稀土元素可提高铝合金的晶界结合力，可提高其静载及动载性能；晶粒细化有利于缩减柱状晶区，进而降低晶界区域和晶粒内部的电化学性能的差异，可以抑制部分阳极反应，从而提高合金的耐腐蚀性能；采用气相沉积的方式在铝合金粉末表面沉积稀土涂层，可以使稀土元素均匀的分布在每个铝合金粉末颗粒表面，利用率接近百分之百，显著降低了材料的浪费，节约生产成本，经过激光熔化后，稀土元素在铝合金构件内部的各个区域的含量基本一致，相比其他方法，消除了稀土元素在构件内部的不均匀分布，稀土元素在基体内的均匀分布可以显著缩短2xxx，6xxx和7xxx系高强铝合金的凝固区间，使液相有足够的时间流动至晶粒间隙，填充裂纹，消除热裂纹缺陷。同时稀土元素可显著改善铝合金的结晶形态，提高铝合金的再结晶温度及热稳定性，使其在200-400℃中温区间具有较好力学性能。
本发明相比于传统铝合金复杂零件的增材制造主要有以下几点优势：
1、相比于直接使用商用铝合金粉末进行增材制造，采用带有稀土涂层的铝合金粉末可显著提高构件的耐蚀、热稳定性及力学性能。
2、相比与雾化法等传统制备粉末工艺，采用物理气相沉积对商用铝合金粉末进行稀土改性，材料利用率接较高，基本无材料浪费，且制备周期短，能耗低。
3、相比于传统电弧熔丝增材制造铝合金构件，采用粉末激光增材制造可一次成形复杂结构部件，同时保证成形零件具有较高尺寸精度。
附图说明
图1为实施例2的稀土图层对组织再结晶及热稳定性的影响图；
图2为未经稀土改性的7075铝合金热裂纹的抑制作用图；
图3为实施例2经过稀土改性的7075铝合金构件热裂纹的抑制作用图；
图4为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，它包以下步骤：
步骤一：选取铝合金粉末，金属靶材选用稀土合金靶材；采用物理气相沉积工艺在铝合金粉末表面沉积稀土合金，即得到表面为稀土涂层的铝合金粉末；沉积过程中对粉末进行振动搅拌；所述的物理气相沉积工艺条件为：工作气体为Ar，反应气体为氧气，二者的流量比为5-40mL/min，沉积温度100-400℃，压强0.4-2MPa，偏压-100-400V，沉积速率1-5μm/h，沉积层质量占整体粉末的0.5-4wt％；
其中，稀土涂层是以钪、锆为主体元素，二者质量比例为0.5-2：1，二者占整体铝合金粉末质量的0.3-1wt.％，稀土涂层中非主体元素含量占整个涂层质量10-30wt.％；
步骤二：将带有稀土沉积涂层的铝合金粉末在负压、惰性保护气氛条件下进行烘干，烘干温度为353-393K，烘干时间为1-24h；
步骤三:采用激光增材制造工艺制备铝合金构件，激光选区熔化参数如下：激光功率为100-500W，扫描速度为100mm/s-4000mm/s，层厚为25-70μm，基板温度为25-500℃，扫描间距为50-150μm，扫描策略：往复式单向扫描，层层转换角度；
步骤四:对激光增材制造的铝合金构件进行表面打磨或喷砂处理，即完成所述的粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造。
本发明的钪、锆占整体铝合金粉末质量并不局限于本实施方式所限定的上述参数，在本实施方式所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
本发明的非主体元素占含量占整个涂层质量并不局限于本实施方式所限定的上述参数，在本实施方式所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
本发明的沉积层质量占整体粉末的数值并不局限于本实施方式所限定的上述参数，在本实施方式所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：铝合金粉末的粒径为15-70μm。其它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不同的是：稀土合金靶材中稀土含量为30-90wt.％。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：非主体元素为La和Er。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的负压的压强<0.1MPa。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中的保护气氛为Ar气。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤三中所述的层层转换角度，其中的角度为30-90°。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的物理气相沉积工艺条件为：工作气体为Ar，反应气体为氧气，二者的流量比为10-30ml/min，沉积温度200-300℃，压强0.8-1.5MPa，偏压-100-300V，沉积速率1-3μm/h，沉积层质量占整体粉末的1-3wt％。其它与具体实施方式一相同。
本发明的物理气相沉积工艺条件并不局限于本实施方式所限定的上述条件，在具体实施方式一所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一不同的是：钪、锆的质量比例为1-2：1。其它与具体实施方式一相同。
本发明的钪、锆并不局限于本实施方式所限定的上述条件，在具体实施方式一所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
具体实施方式：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的激光选区熔化参数如下：激光功率为200-400W，扫描速度为1000mm/s-2000mm/s，粉末层厚为35-50μm，基板温度为50-200℃，扫描间距为80-120μm，扫描策略：往复式单向扫描，层层转换角度。其它与具体实施方式一相同。
本发明的激光选区熔化参数并不局限于本实施方式所限定的上述条件，在具体实施方式一所给出的条件范围内的任意数值组合均落入本发明的保护范围内。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过下面实施例验证本发明有益效果：
分别利用本发明方法制备7075和6061高性能铝合金零件。具体实验方法如下：
实施例1
制备6061零件，具体操作如下：
选用粒径为20-70μm的6061商用铝合金粉末，采用物理气相沉积的方法向铝合金表面沉积稀土涂层，靶材选用稀土合金，钪、锆、镧、铒的质量比例为4：4：1：1，稀土合金中稀土元素的比重为50％，沉积沉积温度为100℃，压强1MPa，偏压-150v，沉积速率1μm/h，沉积层质量占整体粉末的2wt.％；将带有稀土沉积涂层的铝合金粉末在保护气氛(Ar)条件下进行烘干，烘干温度为323K，烘干时间为24h；采用激光选区熔化对目标零件进行制备：激光功率100W，扫描速度800mm/s，层厚25μm，基板温度100℃，扫描间距120μm，扫描策略：往复式扫描，层层转换角度90°；根据成形零件的材质及表面质量要求对其进行表面打磨或喷砂处理。
对制备的稀土改性6061铝合金构件进行力学性能测试，结果如下：
材料 抗拉强度 显微硬度 延伸率
6061+1wt％稀土 298MPa 101HV 10.3％
6061+1wt％稀土 301MPa 97HV 11.7％
6061+1wt％稀土 290MPa 94HV 9.6％
实施例2
制备7075零件，具体操作如下：
选用粒径为15-53μm的7075商用铝合金粉末，采用物理气相沉积的方法向铝合金表面沉积稀土涂层，靶材选用稀土合金，钪、锆、镧、铒的质量比例为10：5：2：2，稀土合金中稀土元素的比重为70％，沉积沉积温度为120℃，压强0.5MPa，偏压-200v，沉积速率0.5μm/h，沉积层质量占整体粉末的1wt.％；将带有稀土沉积涂层的铝合金粉末在保护气氛(Ar)条件下进行烘干，烘干温度为373K，烘干时间为8h；采用激光选区熔化对目标零件进行制备：激光功率120W，扫描速度1000mm/s，层厚30μm，基板温度25℃，扫描间距100μm，扫描策略：往复式扫描，层层转换角度90°；根据成形零件的材质及表面质量要求对其进行表面打磨或喷砂处理。
对制备的7075铝合金进行力学性能测试，结果如下：
Figure BDA0001914094860000061
Figure BDA0001914094860000071
对7075铝合金商用粉末和稀土表面的7075粉末进行SLM增材制造，其组织对比如图1所示。图1(a)为7075商用粉末SLM组织，图1(b)为稀土表面改性的7075粉末SLM组织，图1(c)为7075SLM构件380℃保存24h的组织，图1(d)为稀土表面改性的7075SLM构件380℃保存24h的组织。从图中可以看出，稀土改性后的粉末打印出的铝合金构件组织细小，同时在380℃保存24h晶粒尺寸基本不发生长大，而7075SLM构件在380℃保存24h后晶粒组织发生了明显粗化。
对7075铝合金商用粉末和稀土表面的7075粉末进行SLM增材制造，其纵截面裂纹缺陷对比如下图所示。图2为7075商用粉末SLM组织，图3为稀土表面改性的7075粉末SLM组织。从图中可以看出，商用7075铝合金粉末在激光增材制造后，构件内部存在大量的热裂纹缺陷；而经过稀土改性后的粉末打印出的铝合金构件无热裂纹缺陷，说明采用该方法可有高强铝合金的效抑制热裂纹缺陷。

Claims (9)

1.一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于它包以下步骤：
步骤一：选取铝合金粉末，金属靶材选用稀土合金靶材；采用物理气相沉积工艺在铝合金粉末表面沉积稀土合金，即得到表面为稀土涂层的铝合金粉末；沉积过程中对粉末进行振动搅拌；所述的物理气相沉积工艺条件为：工作气体为Ar，反应气体为氧气，二者的流量均为5-40mL/min，沉积温度100-400℃，压强0.4-2MPa，偏压-100~-400V，沉积速率1-5μm/h，沉积层质量占整体铝合金粉末的0.5-4wt%；
其中，稀土涂层是以钪、锆为主体元素，钪与锆质量比例为0.5-2：1，二者占整体铝合金粉末质量的0.3-1 wt.%，稀土涂层中非主体元素含量占整个涂层质量10-30 wt.%；
步骤二：将带有稀土沉积涂层的铝合金粉末在负压、惰性保护气氛条件下进行烘干，烘干温度为353-393K，烘干时间为1-24h；
步骤三: 采用激光增材制造工艺制备铝合金构件，激光选区熔化参数如下：激光功率为100-500W，扫描速度为100mm/s-4000mm/s，层厚为25-70μm，基板温度为25-500℃，扫描间距为50-150μm，扫描策略：往复式单向扫描，层层转换角度；
步骤四: 对激光增材制造的铝合金构件进行表面打磨或喷砂处理，即完成所述的粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造；所述的铝合金为6061铝合金或7075铝合金。
2.根据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于铝合金粉末的粒径为15-70μm。
3.据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于非主体元素为La和Er。
4.据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于所述的负压的压强<0.1MPa。
5.据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于步骤二中的保护气氛为Ar气。
6.据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于步骤三中所述的层层转换角度，其中的转换角度为30-90°。
7.据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于所述的物理气相沉积工艺条件为：工作气体为Ar，反应气体为氧气，二者的流量均为10-30ml/min，沉积温度200-300℃，压强0.8-1.5MPa，偏压-100~-300V，沉积速率1-3μm/h，沉积层质量占整体粉末的1-3wt%。
8.根据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于钪、锆的质量比例为1-2：1。
9.根据权利要求1所述的一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法，其特征在于所述的激光选区熔化参数如下：激光功率为200-400W，扫描速度为1000mm/s-2000mm/s，层厚为35-50μm，基板温度为50-200℃，扫描间距为80-120μm，扫描策略：往复式单向扫描，层层转换角度。
CN201811564139.3A 2018-12-20 2018-12-20 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法 Expired - Fee Related CN109365803B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811564139.3A CN109365803B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811564139.3A CN109365803B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109365803A CN109365803A (zh) 2019-02-22
CN109365803B true CN109365803B (zh) 2021-02-09

Family

ID=65372187

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811564139.3A Expired - Fee Related CN109365803B (zh) 2018-12-20 2018-12-20 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109365803B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3099385B1 (fr) * 2019-08-02 2023-03-31 Hydromecanique & Frottement Méthode de préparation d’une poudre métallique destinée à un procédé de fabrication additive, et utilisation d’une telle poudre
CN113000839A (zh) * 2019-12-20 2021-06-22 中核北方核燃料元件有限公司 一种6061铝合金3d打印试验堆燃料元件关键零部件的方法
CN111531167A (zh) * 2020-06-09 2020-08-14 长沙新材料产业研究院有限公司 一种增材制造铝合金材料及其制备方法
CN112621572A (zh) * 2020-12-16 2021-04-09 安徽恒利增材制造科技有限公司 一种高强铝合金复杂构件增材制造方法
CN112719293A (zh) * 2020-12-22 2021-04-30 沈阳工业大学 一种提高3d打印铝合金基板和打印件结合强度的方法
CN112743073A (zh) * 2020-12-23 2021-05-04 长沙新材料产业研究院有限公司 一种增材制造用改性NiAl粉末材料及其制备方法
CN114160789A (zh) * 2021-12-09 2022-03-11 西安交通大学 通过打印原材料表面涂层强化3d打印金属产品性能的方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009006550A1 (de) * 2009-01-28 2010-07-29 Eckart Gmbh PVD-Metalleffektpigment mit Gradient an nanoskaligen Metallteilchen, Verfahren zu deren Herstellung und Verwendung derselben
CN103785860B (zh) * 2014-01-22 2016-06-15 宁波广博纳米新材料股份有限公司 3d打印机用的金属粉末及其制备方法
JP5753304B1 (ja) * 2014-08-29 2015-07-22 株式会社ジーエル・マテリアルズホールディングス セラミックスナノ粒子が担持されたアルミニウム又はアルミニウム合金粉体及びそれを用いたセラミックス−アルミニウム系複合材料、並びに、その粉体の製造方法
EP3153253B1 (en) * 2015-10-05 2021-01-13 Ansaldo Energia IP UK Limited Method for treatment of metallic powder for selective laser melting
CN107812941B (zh) * 2017-10-20 2020-08-18 华中科技大学 一种激光増材制造铝合金的原位制备方法及其产品

Also Published As

Publication number Publication date
CN109365803A (zh) 2019-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109365803B (zh) 一种粉末表面稀土改性的铝合金复杂构件增材制造方法
Li et al. Solid-state additive manufacturing and repairing by cold spraying: A review
CN111593238A (zh) 一种激光同轴送粉增材制造铝合金粉末及其在修复5系铝合金中的应用
CN111254376A (zh) 高熵陶瓷复合涂层的制备方法
CN112063951A (zh) 一种镁铝合金表面激光熔覆自润滑涂层及其施工方法
CN113579226B (zh) 一种用于增材制造的多相增强钛合金复合材料制备方法
EP3904555A1 (en) Ultralimit alloy and preparation method therefor
CN110711862A (zh) 一种6系铝合金的3d打印专用合金的制备方法
Fan et al. Effect of jet electrodeposition conditions on microstructure and mechanical properties of Cu–Al 2 O 3 composite coatings
CN114411125B (zh) 一种高熵金属氧化物涂层及其制备方法与应用
CN103409747A (zh) 制备Ni基WC硬质合金涂层及抑制其裂纹与气孔的方法
CN113134627B (zh) 高富镍NiTi合金的选择性激光熔化加工方法和应用
CN112157269B (zh) 一种基于热处理铝合金粉末的冷喷涂涂层制备方法
CN100365153C (zh) 原位自生增强Ni3Al复合材料及其制备方法
CN110904446A (zh) 一种钛铝零件的制备方法
CN114632949B (zh) 一种增材制造金属零件表面防腐防污复合处理方法
CN113134628B (zh) Ti-Ni-Cu-Co材料的激光增材加工方法及应用
CN114951656A (zh) 一种高熵合金-陶瓷涂层复合材料的制备方法
CN112522697B (zh) 一种提高冷喷涂层耐腐蚀性的方法
CN114737083A (zh) 一种用于激光增材制造的gh3536原料粉末及其制备方法及其合金的制备方法
CN109321785B (zh) 一种在钴基合金表面制备钴基涂层的方法
CN113319386A (zh) 一种提高合金构件微区表面质量的加工方法
CN107099796B (zh) 一种钛基激光熔覆涂层及其制备方法
CN105063692A (zh) 一种Fe-V梯度材料及其制备方法
CN114921784B (zh) 一种高质量抗辐照钨合金涂层的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Lei Zhenglong

Inventor after: Li Bingwei

Inventor after: Chen Xi

Inventor after: Chen Yanbin

Inventor after: Bi Jiang

Inventor before: Lei Zhenglong

Inventor before: Bi Jiang

Inventor before: Li Bingwei

Inventor before: Chen Xi

Inventor before: Chen Yanbin

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20210209

Termination date: 20211220