CN110172620A - 选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 - Google Patents
选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110172620A CN110172620A CN201910510195.7A CN201910510195A CN110172620A CN 110172620 A CN110172620 A CN 110172620A CN 201910510195 A CN201910510195 A CN 201910510195A CN 110172620 A CN110172620 A CN 110172620A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- layer
- product
- melting process
- selective laser
- 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.)
- Pending
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 46
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 229910018566 Al—Si—Mg Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000010309 melting process Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 48
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000012387 aerosolization Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 17
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 12
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 10
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims description 10
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 5
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 39
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract description 5
- 235000010210 aluminium Nutrition 0.000 abstract description 4
- 230000008676 import Effects 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 25
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 9
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 3
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 3
- 229910018137 Al-Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018182 Al—Cu Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018573 Al—Zn Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 2
- 229910002058 ternary alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229910000979 O alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000007594 Oryza sativa Species 0.000 description 1
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 1
- 229910007981 Si-Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008316 Si—Mg Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 230000003796 beauty Effects 0.000 description 1
- -1 by mass percentage Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
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
- B22F10/60—Treatment of workpieces or articles after build-up
- B22F10/64—Treatment of workpieces or articles after build-up by thermal means
-
- B22F1/0003—
-
- 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
- B22F10/20—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
- 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
- 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
- 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
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/06—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material
- B22F9/08—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying
- B22F9/082—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from liquid material by casting, e.g. through sieves or in water, by atomising or spraying atomising using a fluid
-
- 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
-
- 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
- B33Y70/00—Materials specially adapted for additive manufacturing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C21/00—Alloys based on aluminium
- C22C21/02—Alloys based on aluminium with silicon as the next major constituent
-
- 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
- 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
- B22F2003/248—Thermal after-treatment
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
本发明公开了一种选区激光熔化技术用Al‑Si‑Mg合金及其制件制备方法。所述Al‑Si‑Mg合金的成分为：6‑20wt％的Si，1‑4wt％的Mg，余量为铝。该合金制件的制备方法如下：首先将该合金气雾化制成球形粉末并过筛；然后建立制件及支撑体的三维模型，并将之切成厚度为0.02‑0.05mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；在基板上铺一层所述合金粉末，然后用激光根据制件截面扫描粉末层，逐层扫描直至完成整个制件。本发明合金制件的最大屈服强度可超过450MPa，最大抗拉强度可超过600Mpa，达到高强铝合金的力学性能，适用于通过选区激光熔化技术制造力学性能要求较高的复杂铝合金结构件。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法。
背景技术
Al-Si-Mg合金为铸造铝合金，具有成型性好、耐磨耐侵蚀性优异、热膨胀系数低、比强度高和导热性好等优点，在汽车及航空航天领域应用广泛。在铸造Al-Si-Mg合金中，硅的加入可大幅提升铝合金的流动性，增加铝合金的铸造性能，镁的加入可与硅形成Mg2Si强化相。传统铸造Al-Si-Mg合金经后期固溶及时效处理后，可使Mg2Si相在铝合金基体中弥散析出，起到析出强化的作用，增加铝合金的力学性能。但传统铸件在固溶处理过程中硅和镁在铝合金中的固溶度有限，导致后期时效处理过程中析出的Mg2Si粒子数量受限，且固溶强化效果不明显，限制了Al-Si-Mg合金力学性能的进一步提升。现阶段，铸造Al-Si-Mg铝合金中镁的含量往往低于0.5(质量百分比)，其屈服强度低于250MPa，抗拉强度低于350MPa，力学性能远低于Al-Cu和Al-Zn系高强铝合金。
选区激光熔化技术(Selective laser melting，SLM)为增材制造(3D打印)技术的一种。在成型过程中，激光与粉末剧烈作用，金属粉末迅速熔化，当激光移开后，由于热源消失，金属熔体迅速凝固，其冷却速率可达103-106K/s，在此过程中，金属原子扩散受限，抑制了晶粒的长大和合金元素的偏析，凝固后的合金组织细小，元素分布均匀，能够大幅提高材料的强度和韧性。除此之外，由于熔池的快速凝固行为，可使Al-Si-Mg合金中硅和镁的固溶度得到大幅提升，从而在铝合金后期的时效热处理过程中够获得高浓度的Mg2Si粒子，进而有效提高铝合金的强度。现阶段选区激光熔化成型Al-Si-Mg合金的成型性能优异，获得成型件的密度超过99％，其屈服强度约为200-320MPa，抗拉强度约为340-450MPa，远高于同成分的铸造Al-Si-Mg系铝合金。但现在选区激光熔化技术应用的铝合金成分仍以传统铸造合金成分为主，无法体现选区激光熔化技术的熔体急冷的工艺特性，且其力学性能还无法与传统高强铝合金相比。而现阶段Al-Cu和Al-Zn系高强铝合金的选区激光熔化成型性较差，力学性能也与Al-Si-Mg系铝合金相当。虽然选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr系铝合金成型性较好，力学性能也与高强铝合金媲美，但Sc价格昂贵，严重限制这一类铝合金的应用。因此，基于Al-Si-Mg铝合金体系，结合选区激光熔化技术熔体急冷的技术特性，设计选区激光熔化技术专用高强Al-Si-Mg铝合金具有重要的应用价值。
此外，受到工艺的限制，选区激光熔化技术所用粉末的粒径要求分布在15-60微米之间，这使得通过气雾化方法制备的合金粉末只能部分获得应用，其应用段粉末获得率不足40％，大大增加了选区激光熔化合金粉末的成本。因此，需要通过调节成分，提升15-60微米段铝合金粉末的获得率可大幅降低合金粉末的成本，有利于商业化应用。
文献CN108486431A(选区激光熔化技术用Al-Si-Mg系铝合金组合物及成型件制备方法)公开了一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg-Mn-Zr五元合金及其成型件的制备方法，该五元铝合金相比于Al-Si-Mg三元合金，多了两种元素，导致制备工艺复杂并且增加了原材料成本；并且该五元合金的抗拉强度(最高520MPa)和屈服强度(最高380MPa)仍然不够高。如果能制备选区激光熔化技术用Al-Si-Mg三元合金并且其抗拉强度和屈服强度达到或超过该五元铝合金，那么将能使用SLM技术制备出更经济同时性能更好的铝合金制件。
发明内容
为克服上述现有技术存在的缺点和不足，本发明的目的之一是提供一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金。
为达到上述目的，本发明采用的具体技术方案是：
一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金，按质量百分比计，成分为：6-20％的Si，1-4％的Mg，余量为铝，总质量比为100％。
本发明的目的之二是提供所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金的制件制备方法。具体技术方案是：
一种所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金的制件制备方法，包括以下步骤：
(1)应用气雾化方法将上述Al-Si-Mg合金制成球形粉末，筛选出粒径为15-60μm的粉末；
(2)利用三维软件建立所需成型制件及支撑体的三维模型，将所述三维模型转换成可分切的数据格式并分切成厚度为0.02-0.05mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；
(3)在基板上铺一层步骤(1)所得粉末，形成一层金属粉末层；然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状2次，形成一层选区激光熔化层；
(4)将基板下降0.02-0.05mm的高度，在步骤(3)所述选区激光熔化层的上表面铺一层新的步骤(1)所得粉末，然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状1次，扫描方向为步骤(3)所述扫描的方向顺时针转动40-50度；逐层重复该步骤直至完成整个制件；
(5)将步骤(4)所得制件进行热处理，得到所述Al-Si-Mg合金的制件。
优选地，所述激光扫描的工艺参数为：激光光斑直径为0.05-0.2mm，激光光斑间距为0.05-0.2mm，激光功率为160-200W，扫描速率为400-1100mm/s。
优选地，步骤(5)所述热处理工艺为：100-200℃保温4～48h，随炉冷却至室温。
优选地，步骤(5)所述热处理工艺为：250-300℃保温2～12h，随炉冷却至室温。
本发明的优点和有益效果是：
1、本发明依托选区激光熔化技术，通过增加Al-Si-Mg合金中镁的含量，实现Al-Si-Mg合金力学性能的大幅提升，通过本发明成分获得选区激光熔化成型件的最大屈服强度σ0.2可超过450MPa，最大抗拉强度σb可超过600MPa，远高于传统成分Al-Si-Mg合金选区激光熔化成型件的力学性能，与高强铝合金相当，并且超过了前述Al-Si-Mg-Mn-Zr五元铝合金的抗拉强度和屈服强度；
2、由于本发明Al-Si-Mg合金成分在共晶点附近，合金粉末的选区激光熔化成型性优异，致密度超过99％，在获得高力学性能的同时与传统成分Al-Si-Mg合金选区激光熔化成型性相当；
3、本发明的Al-Si-Mg三元铝合金相较于前述Al-Si-Mg-Mn-Zr五元铝合金，少了Mn和Zr两种元素，雾化制粉工艺简化，并且成本降低。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下以Al90.7Si7.8Mg1.5、Al88.5Si8.5Mg3.0、Al81Si15Mg4三个合金成分为例，进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1、Al90.7Si7.8Mg1.5制件的制备方法
一、Al90.7Si7.8Mg1.5制件的制备
(1)应用气雾化方法将Al90.7Si7.8Mg1.5合金制成球形粉末，筛选出粒径为15-60μm的粉末；
(2)利用CAD软件建立所需成型制件及支撑体的三维模型，将所述三维模型转换成可分切的数据格式并分切成厚度为0.03mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；
(3)在基板上铺一层步骤(1)所得粉末，形成一层金属粉末层；然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状2次，形成一层选区激光熔化层；扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为200W，激光扫描速率为1100mm/s；
(4)将基板下降0.03mm的高度，在步骤(3)所述选区激光熔化层的上表面铺一层新的步骤(1)所得粉末，然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状1次，扫描方向为步骤(3)所述扫描的方向顺时针转动45度，扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为200W，激光扫描速率为1100mm/s；逐层重复该步骤直至完成整个制件；
(5)将步骤(4)所得制件进行热处理(150℃保温4～48h，随炉冷却至室温；或者300℃保温2～6h，随炉冷却至室温)，即可得到所述Al90.7Si7.8Mg1.5合金制件。
二、本实施例的力学性能测试
1、力学性能测试
利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制得铝合金样品进行结构检测；利用金相显微镜(OM)扫描电子显微镜(SEM)观察铝合金样品的微观组织；应用万能力学试验机测试铝合金样品的强度。
2、测试结果
通过此实施例获得成型件的致密度为99.95％，其力学性能指标如下：经150℃热处理后，样品的最大屈服强度为410MPa，最大抗拉强度为540MPa，塑性变形率为3.5％；300℃热处理后，样品的最大屈服强度为200MPa，最大抗拉强度为250MPa，塑性变形率为22％。该实施例的综合力学性能远大于传统铸造和激光熔化Al-Si-Mg合金的力学性能。
实施例2、Al88.5Si8.5Mg3.0制件的制备方法
一、Al88.5Si8.5Mg3.0制件的制备
(1)应用气雾化方法将Al88.5Si8.5Mg3.0合金制成球形粉末，筛选出粒径为15-60μm的粉末；
(2)利用CAD软件建立所需成型制件及支撑体的三维模型，将所述三维模型转换成可分切的数据格式并分切成厚度为0.03mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；
(3)在基板上铺一层步骤(1)所得粉末，形成一层金属粉末层；然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状2次，形成一层选区激光熔化层；扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为160W，激光扫描速率为600mm/s；
(4)将基板下降0.03mm的高度，在步骤(3)所述选区激光熔化层的上表面铺一层新的步骤(1)所得粉末，然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状1次，扫描方向为步骤(3)所述扫描的方向顺时针转动45度，扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为160W，激光扫描速率为600mm/s；逐层重复该步骤直至完成整个制件；
(5)将步骤(4)所得制件进行热处理(150℃保温4～48h，随炉冷却至室温；或者250℃保温2～6h，随炉冷却至室温)，即可得到所述Al88.5Si8.5Mg3.0合金制件。
二、本实施例的力学性能测试
1、力学性能测试
利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制得铝合金样品进行结构检测；利用金相显微镜(OM)扫描电子显微镜(SEM)观察铝合金样品的微观组织；应用万能力学试验机测试铝合金样品的强度。
2、测试结果
通过此实施例获得成型件的致密度为99.9％，其力学性能指标如下：经150℃热处理后，样品的最大屈服强度为440MPa，最大抗拉强度为590MPa，塑性变形率为3％；250℃热处理后，样品的最大屈服强度为300MPa，最大抗拉强度为350MPa，塑性变形率为15％。该实施例的综合力学性与传统高强铝合金相当。
实施例3、Al81Si15Mg4制件的制备方法
一、Al81Si15Mg4制件的制备
(1)应用气雾化方法将Al81Si15Mg4合金制成球形粉末，筛选出粒径为15-60μm的粉末；
(2)利用CAD软件建立所需成型制件及支撑体的三维模型，将所述三维模型转换成可分切的数据格式并分切成厚度为0.02mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；
(3)在基板上铺一层步骤(1)所得粉末，形成一层金属粉末层；然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状2次，形成一层选区激光熔化层；扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为160W，激光扫描速率为400mm/s；
(4)将基板下降0.02mm的高度，在步骤(3)所述选区激光熔化层的上表面铺一层新的步骤(1)所得粉末，然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状1次，扫描方向为步骤(3)所述扫描的方向顺时针转动45度，扫描过程中激光光斑直径为0.1mm，光斑间距为0.1mm，激光功率为160W，激光扫描速率为400mm/s；逐层重复该步骤直至完成整个制件；
(5)将步骤(4)所得制件进行热处理(150℃保温4～48h，随炉冷却至室温；或者250℃保温2～12h，随炉冷却至室温)，即可得到所述Al81Si15Mg4合金制件。
二、本实施例的力学性能测试
1、力学性能测试
利用X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)对制得铝合金样品进行结构检测；利用金相显微镜(OM)扫描电子显微镜(SEM)观察铝合金样品的微观组织；应用万能力学试验机测试铝合金样品的强度。
2、测试结果
通过此实施例获得成型件的致密度为99.5％，其力学性能指标如下：经150℃热处理后，样品的最大屈服强度为460MPa，最大抗拉强度为610MPa，塑性变形率为3％；250℃热处理后，样品的最大屈服强度为350MPa，最大抗拉强度为390MPa，塑性变形率为10％。该实施例的综合力学性与传统超高强铝合金相当。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式。当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，任何熟悉本技术领域的技术人员，当可根据本发明作出各种相应的等效改变和变形，都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金，其特征在于：按质量百分比计，成分为：6-20％的Si，1-4％的Mg，余量为铝，总质量比为100％。
2.一种如权利要求1所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金制件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)应用气雾化方法将所述Al-Si-Mg合金制成球形粉末，筛选出粒径为15-60μm的粉末；
(2)利用三维软件建立所需成型制件及支撑体的三维模型，将所述三维模型转换成可分切的数据格式并分切成厚度为0.02-0.05mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；
(3)在基板上铺一层步骤(1)所得粉末，形成一层金属粉末层；然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状2次，形成一层选区激光熔化层；
(4)将基板下降0.02-0.05mm的高度，在步骤(3)所述选区激光熔化层的上表面铺一层新的步骤(1)所得粉末，然后根据步骤(2)所述多层数据的对应数据，用激光扫描金属粉末层横截面的几何形状1次，扫描方向为步骤(3)所述扫描的方向顺时针转动40-50度；逐层重复该步骤直至完成整个制件；
(5)将步骤(4)所得制件进行热处理，得到所述Al-Si-Mg合金的制件。
3.根据权利要求2所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金的制件制备方法，其特征在于，所述激光扫描的工艺参数为：激光光斑直径为0.05-0.2mm，激光光斑间距为0.05-0.2mm，激光功率为160-200W，扫描速率为400-1100mm/s。
4.根据权利要求2所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金的制件制备方法，其特征在于，步骤(5)所述热处理工艺为：100-200℃保温4～48h，随炉冷却至室温。
5.根据权利要求2所述选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金的制件制备方法，其特征在于，步骤(5)所述热处理工艺为：250-300℃保温2～12h，随炉冷却至室温。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910510195.7A CN110172620A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910510195.7A CN110172620A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110172620A true CN110172620A (zh) | 2019-08-27 |
Family
ID=67697311
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910510195.7A Pending CN110172620A (zh) | 2019-06-13 | 2019-06-13 | 选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110172620A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110919015A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-27 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种增材制造用Al-Si-Mg体系粉末材料及其改性方法 |
| CN111360257A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-03 | 中国商用飞机有限责任公司 | 一种提升3d打印高强铝合金粉末成形性的方法 |
| CN111500905A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 南京航空航天大学 | 一种基于选区激光熔化纳米陶瓷改性高硅铝合金 |
| CN112207278A (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-12 | 南京航空航天大学 | 选区激光熔化增材制造及放电组合加工铝合金齿轮的方法 |
| CN112853168A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 北京工业大学 | 一种AlSi10Mg粉末及激光选区熔化制造工艺 |
| CN113430432A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法 |
| DE102020006481A1 (de) | 2020-10-21 | 2022-04-21 | Daimler Ag | Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils |
| CN114713842A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-07-08 | 西北工业大学 | 一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法 |
| CN115213423A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-10-21 | 广州汽车集团股份有限公司 | 激光熔化Al-Si-Mg系铝合金的制备方法及器件 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1402978A1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-03-31 | The University of Queensland | Infiltrated aluminum preforms |
| CN104368815A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种选择性激光熔化制备纳米级球状Si相Al-Si合金的方法 |
| CN107695338A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-02-16 | 北京宝航新材料有限公司 | 一种AlSi7Mg粉末材料及其制备方法和其应用 |
| CN109811164A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-28 | 中南大学 | 一种增材制造铝合金的制备方法 |
-
2019
- 2019-06-13 CN CN201910510195.7A patent/CN110172620A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1402978A1 (en) * | 2002-09-27 | 2004-03-31 | The University of Queensland | Infiltrated aluminum preforms |
| CN104368815A (zh) * | 2014-11-14 | 2015-02-25 | 山东省科学院新材料研究所 | 一种选择性激光熔化制备纳米级球状Si相Al-Si合金的方法 |
| CN107695338A (zh) * | 2017-09-21 | 2018-02-16 | 北京宝航新材料有限公司 | 一种AlSi7Mg粉末材料及其制备方法和其应用 |
| CN109811164A (zh) * | 2019-03-01 | 2019-05-28 | 中南大学 | 一种增材制造铝合金的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 侯伟等: "选区激光熔化成形AlSi10Mg组织与拉伸性能的各向异性研究", 《中国激光》 * |
| 张文奇等: "AlSi10Mg的激光选区熔化成形研究", 《金属学报》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110919015A (zh) * | 2019-12-18 | 2020-03-27 | 长沙新材料产业研究院有限公司 | 一种增材制造用Al-Si-Mg体系粉末材料及其改性方法 |
| CN111360257A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-03 | 中国商用飞机有限责任公司 | 一种提升3d打印高强铝合金粉末成形性的方法 |
| CN111500905A (zh) * | 2020-04-30 | 2020-08-07 | 南京航空航天大学 | 一种基于选区激光熔化纳米陶瓷改性高硅铝合金 |
| CN112207278A (zh) * | 2020-08-20 | 2021-01-12 | 南京航空航天大学 | 选区激光熔化增材制造及放电组合加工铝合金齿轮的方法 |
| DE102020006481A1 (de) | 2020-10-21 | 2022-04-21 | Daimler Ag | Bauteil, insbesondere für ein Fahrzeug, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Bauteils |
| CN112853168A (zh) * | 2020-12-31 | 2021-05-28 | 北京工业大学 | 一种AlSi10Mg粉末及激光选区熔化制造工艺 |
| CN113430432A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法 |
| CN113430432B (zh) * | 2021-06-29 | 2022-03-01 | 哈尔滨工业大学 | 一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法 |
| CN115213423A (zh) * | 2021-12-20 | 2022-10-21 | 广州汽车集团股份有限公司 | 激光熔化Al-Si-Mg系铝合金的制备方法及器件 |
| CN114713842A (zh) * | 2022-03-09 | 2022-07-08 | 西北工业大学 | 一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法 |
| CN114713842B (zh) * | 2022-03-09 | 2023-02-14 | 西北工业大学 | 一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110172620A (zh) | 选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法 | |
| CN108486433B (zh) | 选区激光熔化技术用Al-Mg-Sc-Zr系铝合金组合物及成型件制备方法 | |
| CN109280820B (zh) | 一种用于增材制造的高强度铝合金及其粉末的制备方法 | |
| CN112921206B (zh) | 增材制造用高γ′含量镍基高温合金粉末、其使用方法、镍基高温合金构件 | |
| RU2566117C2 (ru) | Способ изготовления трехмерного изделия | |
| JP7314184B2 (ja) | アルミニウム合金からなる部品の製造方法 | |
| KR20180040513A (ko) | 적층조형용 Ni계 초합금분말 | |
| CN111155007B (zh) | 一种基于选择性激光熔化成形技术的高强度2000系铝合金制备方法 | |
| CN110832093B (zh) | 用于添加剂技术的铝合金 | |
| CN111872386B (zh) | 一种高强度铝镁合金的3d打印工艺方法 | |
| CN111872388A (zh) | 一种基于激光选区熔化技术制备高熵合金的方法 | |
| CN109338182A (zh) | 一种Al-Mg-Er-Zr系列铝合金及制备方法 | |
| CN111842890B (zh) | 一种3d打印专用高强7系铝基复合材料及其制备方法 | |
| CN114411067B (zh) | 一种中碳热作模具钢材料及基于其的增材制造方法 | |
| CA3162766A1 (en) | Powder aluminium material | |
| Liu et al. | Microstructure and properties of silver-added W-Cu prepared by infiltration sintering | |
| CN113953517B (zh) | 一种高致密硬质合金块材的3d打印制备方法 | |
| CN112024869A (zh) | 一种3d打印用smtgh5188球形粉末及其制备方法和应用 | |
| JP7394241B2 (ja) | 積層造形用銅合金粉末とその評価方法、銅合金積層造形体の製造方法および銅合金積層造形体 | |
| EP4269641A1 (en) | Powdered material with high heat conductivity | |
| CN114807695A (zh) | 一种Al-Mg-Sc合金粉末及激光选区熔化成形工艺 | |
| CN112813310B (zh) | 一种可用于激光增材制造的高强度Al-Fe-Sc合金 | |
| TWI692530B (zh) | 鋁合金粉末及其製造方法、鋁合金製品及其製造方法 | |
| CN113088780A (zh) | 一种选区激光熔化增材制造用WNb合金粉体及制备方法 | |
| CN112746200A (zh) | 一种弥散强化高硅铝合金及其制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190827 |