CN114411019A - 耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用 - Google Patents

耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，余量为Al。本发明的粉末材料组织均匀、无明显偏析，室温、高温力学性能达到了耐温增材制造提出的苛刻要求，本发明的粉末材料在高温下，尤其是200‑250℃温度下，性能表现优异。此外，本发明无需添加稀土元素或复杂工艺包敷，成本更低，能够满足工业生产。

Description

耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及3D打印材料技术领域，特别是涉及一种耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用。
背景技术
随着增材制造技术的发展，使其应用到越来越多的领域当中，但受制于材料发展缓慢，例如，传统耐热铝合金无法应用于增材制造工艺，导致增材制造的进一步应用受到限制。尤其是高温应用环境，不仅要求轻质、耐高温，而且对结构设计提出了更高的要求，因此，发展具备耐高温以及高稳定性的铝合金材料迫在眉睫。
现有技术中，中南大学开发出一种铝镍(Al-Ni)合金材料，但该材料室温强度不够高，且几乎没有塑性，呈现明显脆性断裂；此外，该材料高温强度不强，材料抗蠕变的能力较差，无法进行实际应用。美国橡树岭实验室开发出一种铝锰铝铈(Al-Mn-Ce)合金材料，但该材料需要加入稀土元素，受制于成本因素，导致很难进行工业生产。此外，现有技术多选用混粉技术制作粉末材料，粉末均匀性存在较大问题，性能很难稳定，难以实现工业生产。
发明内容
本发明的目的在于提出一种耐热铝合金粉末材料、制备方法及应用，以解决现有技术中的粉末材料不具备耐高温、高稳定性以及抗蠕变能力差的问题。
本发明采取的技术方案是：
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，余量为Al。
本发明的优先技术方案中，所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度≤100Pa，再充入惰性气体至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于790～1150℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1000～1300℃条件下保温静置10～15min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末。
本发明的优先技术方案中，所述方法还包括：
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为10～30kg/次，混粉速率为200～1000转/分钟，混粉时长为15～30分钟/次。
本发明的优先技术方案中，所述方法还包括：
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为55～80℃，真空度要求≤1000Pa，烘干时长为6～8h。
本发明的优先技术方案中，所述方法还包括：
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用500-800目筛，加装气流引流，第二道选用200-300目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
上述耐热铝合金粉末材料的应用，所述耐热铝合金粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺为光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：100～180℃；
激光功率：360～380W；
扫描速度：1200～1500mm/s；
扫描间距：0.15～0.20mm；
扫描层厚：0.03～0.06mm；
区域重叠设定为0.1mm，区域宽度设定为10mm；
经过线切割、表面处理即可得到打印产品。
本发明的优先技术方案中，所述耐热铝合金粉末材料在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行55～80℃烘粉，真空度要求≤1000Pa，烘干时长6～8h。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的粉末材料中添加大量的Si元素以保证材料有足够的激光吸收以及熔池补缩能力，使其具有基本的激光增材实现条件；粉末材料中加入大量的Fe、Ni元素，借助激光增材快速冷却的效果选取远超成分固溶度的元素含量，使合金在成型过程中有大量的Al5(FeNi)相析出，使合金具有很高的抗高温蠕变能力；添加Mn元素不仅改善材料焊接性，还能够在成型过程中析出Al6Mn、初生Al(FeMn)Si相辅助材料的抗高温性能，同时还能够改善局部Fe过剩带来的开裂风险，最终使得该粉末材料具备耐高温、高稳定性的性能，且抗蠕变能力强。
实验结果表明，本发明的粉末材料组织均匀、无明显偏析，室温、高温力学性能达到了耐温增材制造提出的苛刻要求，沉积态室温性能达到抗拉强度538～574MPa，下屈服强度306～325MPa，延伸率4.9～5.5％；沉积态200℃性能达到抗拉强度340～356MPa，下屈服强度232～249MPa，延伸率13.7～14.9％；沉积态250℃性能达到抗拉强度255～269MPa，下屈服强度192～214MPa，延伸率13.4～16.7％；沉积态300℃性能达到抗拉强度173～197MPa，下屈服强度143～155MPa，延伸率7.9～9.5％；沉积态400℃性能达到抗拉强度83～95MPa，下屈服强度68～78MPa，延伸率7.6～8.5％；因此，本发明的粉末材料在高温下，尤其是200-250℃温度下，性能表现优异。
此外，本发明无需添加稀土元素或复杂工艺包敷，成本更低，能够满足工业生产。本发明的粉末材料打印出的成型件无需进行热处理即可用于高温环境。本发明的粉末材料打印出的成型件探伤无缺陷，金相无缺陷，表面质量优异。
附图说明
图1是本发明第一实施例得到的粉末材料成型件的金相图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照各实施例对本发明进行更全面的描述，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：8.8wt％，Fe：3.5wt％，Ni：2.5wt％，Mn：3.0wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为56Pa，再充入氮气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于1150℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1200℃条件下保温静置10min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氮气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为15kg/次，混粉速率为1000转/分钟，混粉时长为30分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为60℃，真空度要求800Pa，烘干时长为8h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用600目筛，加装气流引流，第二道选用250目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行60℃烘粉，真空度要求800Pa烘干时长8h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：150℃；
其激光功率：360W；
扫描速度：1250mm/s；
扫描间距：0.14mm；
扫描层厚：0.03mm；
区域重叠设定为0.15mm，区域宽度设定为10mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度555MPa，下屈服强度310MPa，延伸率5％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度342MPa，下屈服强度243MPa，延伸率14.5％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度266MPa，下屈服强度199MPa，延伸率15.5％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度182MPa，下屈服强度149MPa，延伸率9％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度90MPa，下屈服强度72MPa，延伸率8％。
本实施例的粉末材料成型件的金相图如图1所示，从图1可以看出该粉末材料成型件探伤无缺陷，金相无缺陷，表面质量优异。
实施例2
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：12.0wt％，Fe：2.5wt％，Ni：3.0wt％，Mn：4.0wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为90Pa，再充入氮气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于900℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1250℃条件下保温静置10min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氮气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为18kg/次，混粉速率为700转/分钟，混粉时长为10分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为65℃，真空度要求900Pa，烘干时长为7h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用600目筛，加装气流引流，第二道选用300目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行55℃烘粉，真空度要求900Pa烘干时长7h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：180℃；
其激光功率：370W；
扫描速度：1200mm/s；
扫描间距：0.2mm；
扫描层厚：0.06mm；
区域重叠设定为0.1mm，区域宽度设定为12mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度540MPa，下屈服强度325MPa，延伸率5.3％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度354MPa，下屈服强度232MPa，延伸率14.9％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度257MPa，下屈服强度206MPa，延伸率16.7％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度197MPa，下屈服强度155MPa，延伸率7.9％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度94MPa，下屈服强度78MPa，延伸率7.6％。
实施例3
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0wt％，Fe：2.0wt％，Ni：1.5wt％，Mn：1.5wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为100Pa，再充入氩气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于950℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1000℃条件下保温静置13min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氩气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为30kg/次，混粉速率为900转/分钟，混粉时长为20分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为80℃，真空度要求900Pa，烘干时长为7h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用800目筛，加装气流引流，第二道选用200目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行65℃烘粉，真空度要求900Pa烘干时长7h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：100℃；
其激光功率：370W；
扫描速度：1200mm/s；
扫描间距：0.15mm；
扫描层厚：0.06mm；
区域重叠设定为0.1mm，区域宽度设定为10mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度563MPa，下屈服强度319MPa，延伸率5.5％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度345MPa，下屈服强度239MPa，延伸率13.7％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度262MPa，下屈服强度197MPa，延伸率13.4％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度173MPa，下屈服强度143MPa，延伸率8.6％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度87MPa，下屈服强度69MPa，延伸率7.9％。
实施例4
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：8.0wt％，Fe：4.0wt％，Ni：1.0wt％，Mn：2.5wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为85Pa，再充入氮气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于790℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1100℃条件下保温静置15min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氮气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为25kg/次，混粉速率为200转/分钟，混粉时长为30分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为55℃，真空度要求1000Pa，烘干时长为6h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用750目筛，加装气流引流，第二道选用250目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行80℃烘粉，真空度要求1000Pa烘干时长8h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：150℃；
其激光功率：380W；
扫描速度：1500mm/s；
扫描间距：0.15mm；
扫描层厚：0.03mm；
区域重叠设定为0.2mm，区域宽度设定为15mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度574MPa，下屈服强度322MPa，延伸率4.9％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度343MPa，下屈服强度249MPa，延伸率13.9％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度269MPa，下屈服强度203MPa，延伸率14.1％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度186MPa，下屈服强度151MPa，延伸率9.3％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度83MPa，下屈服强度73MPa，延伸率8.5％。
实施例5
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：9.5wt％，Fe：5.0wt％，Ni：2.0wt％，Mn：1.0wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为65Pa，再充入氮气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于850℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1300℃条件下保温静置11min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氮气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为10kg/次，混粉速率为450转/分钟，混粉时长为20分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为75℃，真空度要求1000Pa，烘干时长为6h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用500目筛，加装气流引流，第二道选用250目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行75℃烘粉，真空度要求1000Pa烘干时长6h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：140℃；
其激光功率：360W；
扫描速度：1400mm/s；
扫描间距：0.16mm；
扫描层厚：0.05mm；
区域重叠设定为0.2mm，区域宽度设定为13mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度538MPa，下屈服强度317MPa，延伸率5.3％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度340MPa，下屈服强度247MPa，延伸率14.2％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度258MPa，下屈服强度214MPa，延伸率15.6％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度175MPa，下屈服强度147MPa，延伸率9.5％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度95MPa，下屈服强度68MPa，延伸率8.1％。
实施例6
一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：10.4wt％，Fe：4.5wt％，Ni：2.5wt％，Mn：3.5wt％，余量为Al。
所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度为70Pa，再充入氮气至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于1000℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1200℃条件下保温静置12min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入氮气，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末；
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为15kg/次，混粉速率为800转/分钟，混粉时长为25分钟/次；
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为70℃，真空度要求950Pa，烘干时长为8h；
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用600目筛，加装气流引流，第二道选用300目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
筛后粉末在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行70℃烘粉，真空度要求850Pa烘干时长6h。
将本实施例得到的粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺特指光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：160℃；
其激光功率：360W；
扫描速度：1500mm/s；
扫描间距：0.2mm；
扫描层厚：0.04mm；
区域重叠设定为0.15mm，区域宽度设定为12mm。
对本实施例的粉末材料进行性能测试，测试仪器为拉伸试验机；性能为力学性能：包括室温拉伸以及不同温度的高温拉伸，所得结果如下：
本实施例的粉末材料成型件沉积态室温性能达到抗拉强度559MPa，下屈服强度306MPa，延伸率5.4％；
沉积态200℃性能达到抗拉强度356MPa，下屈服强度238MPa，延伸率14.6％；
沉积态250℃性能达到抗拉强度255MPa，下屈服强度192MPa，延伸率14.9％；
沉积态300℃性能达到抗拉强度194MPa，下屈服强度145MPa，延伸率8.2％；
沉积态400℃性能达到抗拉强度92MPa，下屈服强度74MPa，延伸率7.6％。
表1展示了上述各实施例的粉末材料制得的成型件性能参数。
表1
Figure BDA0003467517740000131
Figure BDA0003467517740000141
从上表可以看出本发明各实施例的粉末材料的室温、高温力学性能达到了耐温增材制造提出的苛刻要求，沉积态室温性能达到抗拉强度538～574MPa，下屈服强度306～325MPa，延伸率4.9～5.5％；沉积态200℃性能达到抗拉强度340～356MPa，下屈服强度232～249MPa，延伸率13.7～14.9％；沉积态250℃性能达到抗拉强度255～269MPa，下屈服强度192～214MPa，延伸率13.4～16.7％；沉积态300℃性能达到抗拉强度173～197MPa，下屈服强度143～155MPa，延伸率7.9～9.5％；沉积态400℃性能达到抗拉强度83～95MPa，下屈服强度68～78MPa，延伸率7.6～8.5％，说明粉末材料在高温下，尤其是200-250℃温度下，性能表现优异。
本发明的粉末材料中添加大量的Si元素以保证材料有足够的激光吸收以及熔池补缩能力，使其具有基本的激光增材实现条件；粉末材料中加入大量的Fe、Ni元素，借助激光增材快速冷却的效果选取远超成分固溶度的元素含量，使合金在成型过程中有大量的Al5(FeNi)相析出，使合金具有很高的抗高温蠕变能力；添加Mn元素不仅改善材料焊接性，还能够在成型过程中析出Al6Mn、初生Al(FeMn)Si相辅助材料的抗高温性能，同时还能够改善局部Fe过剩带来的开裂风险，最终使得该粉末材料具备耐高温、高稳定性的性能，且抗蠕变能力强。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种耐热铝合金粉末材料，其特征在于，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的耐热铝合金粉末材料，其特征在于，所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
3.权利要求1或2所述的耐热铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度≤100Pa，再充入惰性气体至大气压；
步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于790～1150℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1000～1300℃条件下保温静置10～15min，制得合金熔液；
步骤4，在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，即可得到原始粉末。
4.根据权利要求3所述的耐热铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为10～30kg/次，混粉速率为200～1000转/分钟，混粉时长为15～30分钟/次。
5.根据权利要求4所述的耐热铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为55～80℃，真空度要求≤1000Pa，烘干时长为6～8h。
6.根据权利要求5所述的耐热铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道选用500-800目筛，加装气流引流，第二道选用200-300目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
7.权利要求1或2所述的耐热铝合金粉末材料的应用，其特征在于，所述耐热铝合金粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺为光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
打印机板预热温度：100～180℃；
激光功率：360～380W；
扫描速度：1200～1500mm/s；
扫描间距：0.15～0.20mm；
扫描层厚：0.03～0.06mm；
区域重叠设定为0.1～0.2mm，区域宽度设定为10～15mm；
经过线切割、表面处理即可得到打印产品。
8.根据权利要求7所述的耐热铝合金粉末材料的应用，其特征在于，所述耐热铝合金粉末材料在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行55～80℃烘粉，真空度要求≤1000Pa，烘干时长6～8h。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103906852A (zh) * 2012-01-27 2014-07-02 株式会社Uacj 热交换器翅用铝合金材料及其制造方法、以及使用该铝合金材料的热交换器
CN110621796A (zh) * 2017-05-12 2019-12-27 肯联铝业技术中心 制造铝合金零件的方法
CN113020606A (zh) * 2020-12-29 2021-06-25 北京宝航新材料有限公司 用于航空增材制造的铝合金粉末材料、制备方法及3d打印方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI613296B (zh) * 2016-11-10 2018-02-01 財團法人工業技術研究院 鋁合金粉體及鋁合金物件的製造方法
CN107716918B (zh) * 2017-09-21 2019-11-08 北京宝航新材料有限公司 一种AlSi10Mg粉末材料及其制备方法和其应用
RU2737902C1 (ru) * 2019-08-22 2020-12-04 Акционерное общество "Объединенная компания РУСАЛ Уральский Алюминий" (АО "РУСАЛ Урал") Порошковый алюминиевый материал

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103906852A (zh) * 2012-01-27 2014-07-02 株式会社Uacj 热交换器翅用铝合金材料及其制造方法、以及使用该铝合金材料的热交换器
CN110621796A (zh) * 2017-05-12 2019-12-27 肯联铝业技术中心 制造铝合金零件的方法
CN113020606A (zh) * 2020-12-29 2021-06-25 北京宝航新材料有限公司 用于航空增材制造的铝合金粉末材料、制备方法及3d打印方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
华中工学院崔崑: "《钢铁材料及有色金属材料》", 31 August 1981, 机械工业出版社 *
张而耕: "《机械工程材料》", 31 October 2017, 上海科学技术出版社 *
聂小武: "《实用有色合金铸造技术》", 31 January 2009, 辽宁科学技术出版社 *

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