CN110184512A - 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法 - Google Patents

一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110184512A
CN110184512A CN201910635651.0A CN201910635651A CN110184512A CN 110184512 A CN110184512 A CN 110184512A CN 201910635651 A CN201910635651 A CN 201910635651A CN 110184512 A CN110184512 A CN 110184512A
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
aluminium
powder
selective laser
alloy powder
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
Application number
CN201910635651.0A
Other languages
English (en)
Inventor
杨海林
张莹莹
张利军
汪建英
冀守勋
闫锋
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.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
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 Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201910635651.0A priority Critical patent/CN110184512A/zh
Publication of CN110184512A publication Critical patent/CN110184512A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • 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
    • 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
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/026—Alloys based on aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • 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
    • C22C21/06—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent
    • C22C21/08—Alloys based on aluminium with magnesium as the next major constituent with 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
    • B22F10/00—Additive manufacturing of workpieces or articles from metallic powder
    • B22F10/30—Process control
    • B22F10/32—Process control of the atmosphere, e.g. composition or pressure in a building chamber
    • 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
    • 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)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明公开了一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法，按质量百分比计，包括以下成分：Mg 2.6～5.5％，Si 1.1～2.2％，Mn 0.2～0.6％，余量为铝，总质量百分比为100％。本发明针对激光选区熔化技术熔体冷速极高的工艺特性，在A1‑Mg‑Si系铝合金中，同时提高Mg和Si元素的含量并添加微量Mn，形成一种新的合金体系使其有独特的组织结构，提升铝合金中第二相强化Mg2Si的浓度且Mg2Si强化相分布均匀，形成层片状的(Al+Mg2Si)超细共晶组织，双相层状组织使得合金在没有热处理工艺的条件下，实现较高的综合性能。本发明的激光选区熔化技术专用A1‑Mg‑Si‑Mn铝合金粉的成分中，Mn的加入可以析出弥散相，弥散相通过钉扎晶界促进细化晶粒，而且可作为强化相的形核核心，并有效增加铝合金的流动性。

Description

一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的 方法
技术领域
本发明属于3D打印技术和新材料技术领域，具体涉及一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法。
背景技术
Al-Mg-Si系铝合金具有良好的强度、可成形性和耐腐蚀性能，广泛应用于汽车、船舶、航空等领域。该系铝合金是可热处理强化合金，主要强化相为Mg2Si。Mg2Si相平衡时Mg和Si的质量比为1.73，w(Mg2Si)每增加0.1％，合金的抗拉强度σb增加5MPa。Mg2Si相是Al-Mg-Si系铝合金的主要强化相，其析出序列一般为：α过饱和固溶体→G.P.区→β”相→β’相→β相，其中β”相强化效果最好，β’相次之。铝合金中Mg和Si的固溶度随彼此含量的增加而降低，有利于Mg2Si相的形成。
铝合金的材料的制备方法一般包括熔炼、铸造、轧制并结合其它合金制备工艺；例如专利201711397318.8“一种铝合金材料、铝合金制品及其制备方法”中采用了熔炼+除气+铸造+均质化处理+预热、轧制+固熔+淬火+时效的制备工艺制备铝合金材料；又如201610008787.5“铝合金及其制备方法”中采用了熔炼+铸造+双级均匀化处理+热变形加工处理的工艺，获得了铝合金。但是上述铝合金中镁、硅含量均较低，传统的制造工艺制备高镁高硅的合金，Mg和Si在Al中的固溶度极小，铸态组织不均匀，晶粒粗大，Mg2Si不能充分固熔，Mg2Si的析出数量少、尺寸较大，使得合金性能不佳。即使经过微合金化和细化处理及后期固溶时效处理后，次生Mg2Si的析出数量也受限，增加了生产成本但铝合金的性能提升有限，没有一个较好的强度和延性组合。
激光选区熔化技术是一种通过逐层铺粉、逐层熔化凝固的激光快速成形技术，可制备形状复杂的精度较高的零件，而且是增材制造，所以可在最大程度上节约原材料，降低制造成本和时间。因此，SLM技术是一种具有广阔发展前景的快速成形技术，而且其应用已拓展到生物移植、航空航天及中小型模具等制造领域。相对于传统的铝合金制造技术，激光选区熔化成型过程中的快速升温和急速降温，使金属原子和合金元素的扩散移动受限，抑制了晶粒的长大和合金元素的偏析，凝固后的金属组织晶粒细小，合金元素分布均匀，能够大幅提高材料的强度和韧性。同时，这一技术可有效增加合金中合金化元素的固溶度。但是，目前采用的铝镁硅系的铝合金粉中大都镁、硅含量低，无法体现激光选区熔化技术的熔体急冷的工艺特性，使得最终制备的铝合金材料致密度和力学强度的提升有限。
发明内容
本发明的目的提供一种以强化相为Mg2Si，且Mg和Si含量高的激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法。
本发明这种激光选区熔化用铝合金粉，按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 2.6～5.5％，Si 1.1～2.2％，Mn 0.2～0.6％，余量为铝，总质量百分比为100％。
激光选区熔化用铝合金粉，按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 5.5％，Si2.2％，Mn 0.6％，余量为铝，总质量百分比为100％。
所述铝合金粉末粒径为10～70μm。
本发明这种激光选区熔化用铝合金粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)母合金熔炼：按照铝合金粉的比例，将定量的纯铝与纯Si、Mn单质或者铝锰、铝硅中间合金铸锭，放入预热好的坩埚，持续加热至熔融并搅拌混匀，接着进行保温使其均匀化，再接着往金属液中加入极少量铍再加入镁块，熔融后，进行保温，然后除气、冷却后得到合金铸锭；
(2)铝合金粉末制备：将步骤(1)中的合金铸锭熔化均匀后，打开坩埚底部阀门，合金熔体经氧化铝导管流出，自由下落，液流经高压氮气雾化器冲击破碎成细小液滴，凝固后形成金属粉末，将金属粉末过筛后，得到激光选区熔化用铝合金粉。
所述步骤(1)中，铝为纯度超过99％的纯铝，Mg、Si、Mn为单质或铝基中间合金；加入至熔融的温度为700～800℃，加镁时温度为650～750℃，两次保温时间均为10～20min，铍占铝合金总质量的0.002％。
所述步骤(2)中，雾化器的雾化压力为8～12MPa，筛子为200～300目的筛子。
一种采用激光选区熔化用铝合金粉制备共晶强化铝合金材料的方法，包括以下步骤：
1)利用切片软件对零件的CAD模型进行切片处理，获得每一层的二维数据，然后将数据传输到SLM设备；
2)在一个可拆装的铝合金基板上铺一层特定厚度Al-Mg-Si-Mn铝合金粉；
3)激光扫描步骤2)金属粉末层横截面的几何形状，使之熔化凝固成型；
4)成形缸活塞下降一个粉层厚度，铺粉装置均匀铺上第二层粉末，激光扫描新铺金属粉末层横截面的几何形状，扫描参数同步骤3)，扫描方向与上一层扫描方向顺时针转动67度，熔化凝固成型第二层；
5)重复步骤4)多次，直至整个程序运行结束，得到所述铝合金成型件，重复次数由成型件尺寸决定。
所述步骤2)中，特定厚度为0.05mm。
所述步骤3)和步骤4)中，激光扫描成型需要在密闭Ar气氛条件下进行，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为270～430W，激光扫描速率为500～1400mm/s。
本发明的原理：本发明对铝合金进行成分设计，确定合金为亚共晶Al-Mg2Si合金，具体成分为Al-5.6Mg2Si-1.7Mg-0.6Mn，图1为合金设计相图。该亚共晶铝合金用传统的铸造方法制备的合金组织为α-Al初生相和(Al+Mg2Si)二元共晶组织。本发明针对激光选区熔化技术的快速升温和急速降温的特性，提供了非平衡凝固环境，快速非平衡结晶使得合金全部形成层片状的(Al+Mg2Si)超细共晶组织，得到致密度大、强度高且延性好的共晶强化铝合金。
本发明的有益效果：1)本发明针对激光选区熔化技术熔体冷速极高的工艺特性，在A1-Mg-Si系铝合金中，同时提高Mg和Si元素的含量并添加微量Mn，形成一种新的合金体系使其有独特的组织结构，提升铝合金中第二相强化Mg2Si的浓度且Mg2Si强化相分布均匀，形成层片状的(Al+Mg2Si)超细共晶组织，双相层状组织使得合金在没有热处理工艺的条件下，实现较高的综合性能。2)在本发明的激光选区熔化技术专用A1-Mg-Si-Mn铝合金粉的成分中，Mn的加入可以析出弥散相，弥散相通过钉扎晶界促进细化晶粒，而且可作为强化相的形核核心，并有效增加铝合金的流动性，进而增加合金的成型性，有效增加铝合金的致密度及避免成型件裂纹的产生。3)使用本发明的专用A1-Mg-Si-Mn铝合金粉末进行选区激光熔化制备成型件，调控其打印参数后，其致密度高于99％，得到的成型件综合力学性能明显优于传统A1-Mg-Si-Mn铸造铝合金和现有激光选区熔化技术获得的A1-Mg-Si系铝合金，应用本发明通过激光选区熔化技术获得的共晶强化铝合金的硬度达到170HV，最大抗拉强度σb可达520MPa，屈服强度σ0.2可达350MPa，并且合金仍保持约18％的延伸率。
附图说明
图1为实施例3所得合金的设计相图。
图2为本发明制备铝合金粉末的SEM图。
图3为实施例3制备的共晶强化铝合金的高倍率SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中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。
下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步说明：
实施例1
一、铝合金组合物的成分及百分含量
A1-96.1％Mg-2.6％Si-1.1％Mn-0.2％
二、铝合金成型件的制备步骤
(1)母合金熔炼：
将切好的18740g纯铝与267g铝锰合金(85％Al-15％Mn)、733g铝硅合金(70％Al-30％Si)中间合金铸锭放入预热好的坩埚，持续加热到750℃，不断搅拌金属液直至完全熔化并将金属液保温15min，使其均匀化；然后往金属液中加入0.4g铍，待温度下降到700℃再加入520g镁块，搅拌均匀后保温15min，最后除气、冷却得到合金铸锭。
(2)粉末制备：
将步骤(1)所得的合金铸锭熔化均匀后，打开坩埚底部阀门，合金熔体经氧化铝导管流出，自由下落，液流经高压氮气雾化器(压强为10MPa)冲击破碎成细小液滴，凝固后形成金属粉末，过筛后的金属粉末的平均粒径为28.9um。
(3)铝合金成型件的制备：
①利用切片软件对零件的CAD模型进行切片处理，获得每一层的二维数据，然后将数据传输到SLM设备；
②在一个可拆装的铝合金基板上铺一层0.05mm厚步骤(2)中制备的金属粉末；
③激光扫描步骤②金属粉末层横截面的几何形状，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为310W，激光扫描速率为800mm/s，使之熔化凝固成型，激光扫描成型需要在密闭Ar气氛条件下进行；④成形缸活塞下降一个粉层厚度0.05mm，铺粉装置均匀铺上第二层粉末，激光扫描新铺金属粉末层横截面的几何形状，扫描参数同步骤3)，扫描方向与上一层扫描方向顺时针转动67度，熔化凝固成型第二层；
⑤重复步骤④多次，直至整个程序运行结束，得到所述铝合金成型件，重复次数由成型件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金成型件进行测试，得出其致密度为98.4％，其力学性能指标如下硬度达125HV，最大抗拉强度σb为441MPa，屈服强度σ0.2为295MPa，延伸率为8.5％。
实施例2
一、铝合金组合物的成分及含量
A1-91.7％Mg-5.5％Si-2.2％Mn-0.6％
二、铝合金成型件的制备步骤
(1)母合金熔炼：
将切好的17193g纯铝与800g铝锰合金(85％Al-15％Mn)、1467g铝硅合金(70％Al-30％Si)中间合金铸锭放入预热好的坩埚，持续加热到750℃，不断搅拌金属液直至完全熔化并将金属液保温15min，使其均匀化；然后往金属液中加入0.4g铍，待温度下降到700℃再加入1100g镁块，搅拌均匀后保温15min，最后除气、冷却得到合金铸锭。
(2)粉末制备：
将步骤(1)所得的合金铸锭熔化均匀后，打开坩埚底部阀门，合金熔体经氧化铝导管流出，自由下落，液流经高压氮气雾化器(压强为10MPa)冲击破碎成细小液滴，凝固后形成金属粉末，过筛后，获得的金属粉末的平均粒径为29.2um。
(3)铝合金成型件的制备：
①利用切片软件对零件的CAD模型进行切片处理，获得每一层的二维数据，然后将数据传输到SLM设备；
②在一个可拆装的铝合金基板上铺一层0.05mm厚步骤(2)中制备的金属粉末；
③激光扫描步骤②金属粉末层横截面的几何形状，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为310W，激光扫描速率为500mm/s，使之熔化凝固成型，激光扫描成型需要在密闭Ar气氛条件下进行；
④成形缸活塞下降一个粉层厚度0.05mm，铺粉装置均匀铺上第二层粉末，激光扫描新铺金属粉末层横截面的几何形状，扫描参数同步骤3)，扫描方向与上一层扫描方向顺时针转动67度，熔化凝固成型第二层；
⑤重复步骤④多次，直至整个程序运行结束，得到所述铝合金成型件，重复次数由成型件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金成型件进行测试，其致密度为98.4％，其力学性能指标如下硬度达135HV，最大抗拉强度σb为480MPa，屈服强度σ0.2为310MPa，延伸率为9.3％，其力学强度优于实施例1中样品的强度，说明在激光选区熔化成型的工艺下，增加镁硅含量，可有效增强合金件的性能。
实施例3
一、铝合金组合物的成分及含量
A1-91.7％Mg-5.5％Si-2.2％Mn-0.6％
二、铝合金成型件的制备步骤
(1)母合金熔炼：
将切好的17193g纯铝与800g铝锰合金(85％Al-15％Mn)、1467g铝硅合金(70％Al-30％Si)中间合金铸锭放入预热好的坩埚，持续加热到750℃，不断搅拌金属液直至完全熔化并将金属液保温15min，使其均匀化；然后往金属液中加入0.4g铍，待温度下降到700℃再加入1100g镁块，搅拌均匀后保温15min，最后除气、冷却得到合金铸锭。
(2)粉末制备：
将步骤(1)所得的合金铸锭熔化均匀后，打开坩埚底部阀门，合金熔体经氧化铝导管流出，自由下落，液流经高压氮气雾化器(压强为10MPa)冲击破碎成细小液滴，凝固后形成金属粉末，过筛后，金属粉末的平均粒径为29.2um。
(3)铝合金成型件的制备：
①利用切片软件对零件的CAD模型进行切片处理，获得每一层的二维数据，然后将数据传输到SLM设备；
②在一个可拆装的铝合金基板上铺一层0.05mm厚步骤(2)中制备的金属粉末；
③激光扫描步骤②金属粉末层横截面的几何形状，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为310W，激光扫描速率为1000mm/s，使之熔化凝固成型，激光扫描成型需要在密闭Ar气氛条件下进行；
④成形缸活塞下降一个粉层厚度0.05mm，铺粉装置均匀铺上第二层粉末，激光扫描新铺金属粉末层横截面的几何形状，扫描参数同步骤3)，扫描方向与上一层扫描方向顺时针转动67度，熔化凝固成型第二层；
⑤重复步骤④多次，直至整个程序运行结束，得到所述铝合金成型件，重复次数由成型件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备的金属粉末进行SEM测试，其微观架构如图2所示：5000倍下金属粉末近似球形，其粒径约为33um，粉末表面粘附有卫星颗粒，粉末的球形度越高，流动性和铺展性越好，而较少的卫星颗粒则可以填补相邻粉末颗粒之间的上下颈部，提高粉末的松装密度。对制备铝合金成型件进行金相检测，其结果如图3所示：合金的组织结构为超细的层片状共晶组织，其中灰黑色的相为Mg2Si，灰白色的相为Al基体，灰黑色的Mg2Si相和灰白色的Al相组成层片状的超细共晶组织。
对本实施例获得成型件进行力学性能分析，其致密度为99.2％，其力学性能指标如下硬度达170HV，最大抗拉强度σb为520MPa，屈服强度σ0.2为350MPa，延伸率为18％，强度塑性优于实施例1、2中的成型件，相对于激光功率而言，熔池的冷却速度对激光扫描速度的变化更加敏感。而熔池的冷却速度直接关系到SLM成形共晶强化铝合金的显微组织，进而影响其力学性能。本实施例激光扫描速度较低，激光能量密度较高，熔池的温度较高，合金液相粘度较低，进而增强层与层、道与道之间的冶金结合力。

Claims (9)

1.一种激光选区熔化用铝合金粉，其特征在于，按质量百分比计，包括以下成分：Mg2.6～5.5％，Si 1.1～2.2％，Mn 0.2～0.6％，余量为铝，总质量百分比为100％。
2.根据权利要求1所述的激光选区熔化用铝合金粉，其特征在于，按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 5.5％，Si 2.2％，Mn 0.6％，余量为铝，总质量百分比为100％。
3.根据权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉，其特征在于，所述铝合金粉末粒径为10～70μm。
4.一种根据权利要求1所述的激光选区熔化用铝合金粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)母合金熔炼：按照铝合金粉的比例，将定量的纯铝与纯Si、Mn单质或者铝锰、铝硅中间合金铸锭，放入预热好的坩埚，持续加热至熔融并搅拌混匀，接着进行保温使其均匀化，再接着往金属液中加入极少量铍再加入镁块，熔融后，进行保温，然后除气、冷却后得到合金铸锭；
(2)铝合金粉末制备：将步骤(1)中的合金铸锭熔化均匀后，打开坩埚底部阀门，合金熔体经氧化铝导管流出，自由下落，液流经高压氮气雾化器冲击破碎成细小液滴，凝固后形成金属粉末，将金属粉末过筛后，得到激光选区熔化用铝合金粉。
5.根据权利要求4所述所述的激光选区熔化用铝合金粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，铝为纯度超过99％的纯铝，Mg、Si、Mn为单质或铝基中间合金；加入至熔融的温度为700～800℃，加镁时温度为650～750℃，两次保温时间均为10～20min，铍占铝合金总质量的0.002％。
6.根据权利要求4所述所述的激光选区熔化用铝合金粉的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，雾化器的雾化压力为8～12MPa，筛子为200～300目的筛子。
7.一种采用权利要求1或2所述的激光选区熔化用铝合金粉制备共晶强化铝合金材料的方法，包括以下步骤：
1)利用切片软件对零件的CAD模型进行切片处理，获得每一层的二维数据，然后将数据传输到SLM设备；
2)在一个可拆装的铝合金基板上铺一层特定厚度Al-Mg-Si-Mn铝合金粉；
3)激光扫描步骤2)金属粉末层横截面的几何形状，使之熔化凝固成型；
4)成形缸活塞下降一个粉层厚度，铺粉装置均匀铺上第二层粉末，激光扫描新铺金属粉末层横截面的几何形状，扫描参数同步骤3)，扫描方向与上一层扫描方向顺时针转动67度，熔化凝固成型第二层；
5)重复步骤4)多次，直至整个程序运行结束，得到所述铝合金成型件，重复次数由成型件尺寸决定。
8.根据权利要求7所述的采用激光选区熔化用铝合金粉制备共晶强化铝合金材料的方法，其特征在于，所述步骤2)中，特定厚度为0.05mm。
9.根据权利要求7所述的采用激光选区熔化用铝合金粉制备共晶强化铝合金材料的方法，其特征在于，所述步骤3)和步骤4)中，激光扫描成型需要在密闭Ar气氛条件下进行，扫描过程中激光光斑为0.1mm，激光功率为270-430W，激光扫描速率为500-1400mm/s。
CN201910635651.0A 2019-07-15 2019-07-15 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法 Pending CN110184512A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910635651.0A CN110184512A (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910635651.0A CN110184512A (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110184512A true CN110184512A (zh) 2019-08-30

Family

ID=67725836

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910635651.0A Pending CN110184512A (zh) 2019-07-15 2019-07-15 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110184512A (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110760724A (zh) * 2019-11-19 2020-02-07 中南大学 一种激光选区熔化制备的高Fe含量的Al-Mg2Si合金及制备方法
CN110923523A (zh) * 2019-11-13 2020-03-27 中南大学 一种同轴送粉激光增材修复专用7系铝合金配方及激光增材修复方法
CN111644630A (zh) * 2020-05-29 2020-09-11 同济大学 用于3d打印的铝硅合金粉末及其制备方法
CN111673085A (zh) * 2020-06-30 2020-09-18 同济大学 一种高强度铝镁硅合金的3d打印工艺方法
CN111842916A (zh) * 2020-06-30 2020-10-30 同济大学 一种用于3d打印的铝镁硅合金粉末及其制备方法
CN111872404A (zh) * 2020-06-30 2020-11-03 同济大学 一种用于3d打印的铝铜合金粉末及其制备方法
CN112708793A (zh) * 2020-12-17 2021-04-27 烟台路通精密科技股份有限公司 一种铸造铝硅合金配料熔炼方法
CN112795818A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 上海交通大学 一种激光增材制造高强耐热稀土铝合金及其制备方法
CN112828278A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 北京宝航新材料有限公司 一种铝硅铜合金粉末及其制备方法、增材制造方法和应用
CN112895061A (zh) * 2020-11-22 2021-06-04 西北工业大学 选择性激光熔化制备圆柱状Al2O3-GdAlO3二元共晶陶瓷的方法
CN114592148A (zh) * 2022-03-11 2022-06-07 中南大学 一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用
CN115261686A (zh) * 2022-07-19 2022-11-01 中车工业研究院有限公司 3d打印铝镁合金粉末及其制备方法与应用
WO2023019697A1 (zh) * 2021-08-17 2023-02-23 北京工业大学 一种用于3d打印的高强铝合金粉及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62222039A (ja) * 1986-03-24 1987-09-30 Mitsubishi Alum Co Ltd 耐摩耗性および押出性にすぐれたアルミニウム合金
CN108486431A (zh) * 2018-06-11 2018-09-04 江苏科技大学 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

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62222039A (ja) * 1986-03-24 1987-09-30 Mitsubishi Alum Co Ltd 耐摩耗性および押出性にすぐれたアルミニウム合金
CN108486431A (zh) * 2018-06-11 2018-09-04 江苏科技大学 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

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟宪明: "《3D打印技术概论》", 31 October 2018 *
李元元: "《新型材料与科学技术 金属材料卷》", 30 September 2012 *
杨永强，宋长辉: "《广东省增材制造（3D打印）产业技术路线图》", 30 April 2017 *

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110923523A (zh) * 2019-11-13 2020-03-27 中南大学 一种同轴送粉激光增材修复专用7系铝合金配方及激光增材修复方法
CN110760724A (zh) * 2019-11-19 2020-02-07 中南大学 一种激光选区熔化制备的高Fe含量的Al-Mg2Si合金及制备方法
CN111644630A (zh) * 2020-05-29 2020-09-11 同济大学 用于3d打印的铝硅合金粉末及其制备方法
CN111673085A (zh) * 2020-06-30 2020-09-18 同济大学 一种高强度铝镁硅合金的3d打印工艺方法
CN111842916A (zh) * 2020-06-30 2020-10-30 同济大学 一种用于3d打印的铝镁硅合金粉末及其制备方法
CN111872404A (zh) * 2020-06-30 2020-11-03 同济大学 一种用于3d打印的铝铜合金粉末及其制备方法
CN112895061A (zh) * 2020-11-22 2021-06-04 西北工业大学 选择性激光熔化制备圆柱状Al2O3-GdAlO3二元共晶陶瓷的方法
CN112708793A (zh) * 2020-12-17 2021-04-27 烟台路通精密科技股份有限公司 一种铸造铝硅合金配料熔炼方法
CN112828278A (zh) * 2020-12-29 2021-05-25 北京宝航新材料有限公司 一种铝硅铜合金粉末及其制备方法、增材制造方法和应用
CN112795818A (zh) * 2020-12-30 2021-05-14 上海交通大学 一种激光增材制造高强耐热稀土铝合金及其制备方法
WO2023019697A1 (zh) * 2021-08-17 2023-02-23 北京工业大学 一种用于3d打印的高强铝合金粉及其制备方法
CN114592148A (zh) * 2022-03-11 2022-06-07 中南大学 一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用
CN115261686A (zh) * 2022-07-19 2022-11-01 中车工业研究院有限公司 3d打印铝镁合金粉末及其制备方法与应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110184512A (zh) 一种激光选区熔化用铝合金粉及其制备共晶强化铝合金的方法
EP3851548B1 (en) Aluminum alloy powder capable of being used for 3d printing, preparation method therefor, and application thereof
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
CN108486431A (zh) 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
CN108486433A (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
CN109338182A (zh) 一种Al-Mg-Er-Zr系列铝合金及制备方法
CN111001800A (zh) 一种3D打印高强度Al-Cr-Sc合金
CN111534710A (zh) 一种含有Cr2Nb相的高强高导耐高温铜合金的制备方法
Zhao et al. A novel method for improving the microstructure and the properties of Al-Si-Cu alloys prepared using rapid solidification/powder metallurgy
JP2021507088A (ja) 添加剤技術用のアルミニウム合金
CN110760724A (zh) 一种激光选区熔化制备的高Fe含量的Al-Mg2Si合金及制备方法
CN110438371A (zh) 一种高钨高钴铸态镍合金的低偏析控制及塑性提升方法
Marimuthu et al. Preparation and characterization of B4C particulate reinforced Al-Mg alloy matrix composites
Reddy et al. Characterization of spray formed Al-alloys—A Review
Li et al. Effects of Li content on microstructure evolution and mechanical properties of squeeze-cast Al-5Cu-xLi alloy assisted with ultrasonic treatment
Dai et al. Wire arc additive manufacturing of the Al-5.55 Cu alloy: Insight the effect of intrinsic heat treatment on microstructure and mechanical properties
US20240200167A1 (en) Aluminum matrix composite with high strength, high toughness, high thermal conductivity, and good weldability for 5g base station and preparation method thereof
CN110449578A (zh) 一种高性能7050铝合金3d打印选区激光熔化成形件及其应用
CN110284086A (zh) 一种消除铸造铝铜锰合金中结晶相偏析的方法
CN110257676A (zh) γ-Al2O3纳米颗粒在制备变质高硅铝合金中的用途
CN101705405B (zh) 镁基球形准晶中间合金及其制备方法
Pei et al. Forming and properties of 7075 aluminum alloy by rheological squeeze casting with transverse mobile injection feed
CN101705407B (zh) 镁基球形准晶中间合金及其制法
Guo et al. Rheo-diecasting process for semi-solid aluminum alloys
Marinkovich et al. The spray atomization and deposition of Weldalite 049

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

Application publication date: 20190830

RJ01 Rejection of invention patent application after publication