CN114592148B - 一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用 - Google Patents

一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种增材制造用高强韧Al‑Mg2Si‑Zn合金及其制备方法和应用。所述Al‑Mg2Si合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 3.5～9.5％，Si 1.3～3.5％，Mn 0.4～0.9％，Fe 0.05～2.5％，Zn 2～5.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。所述Al‑Mg2Si‑Zn合金由合金制造、粉末制造、选区激光熔化成型等工艺制造需要的零部件。本发明制造的合金零部件可以直接使用，也可经过短时低温时效热处理进行强化使用。采用本发明制造的零部件具有工艺简单、致密度高、力学性能优异等特点，适合工业化生产。

Description

一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于新材料制备技术领域，具体涉及一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用。
背景技术
铝合金具有比强度高、耐腐蚀性能好等优点，在工业生产各种领域被广泛运用。随着航空航天和轨道交通的发展，轻质、高强材料和结构优化设计已经成为先进制造业的主题。传统的铝合金制备方法包括铸造、锻造和粉末冶金等，但是这些传统的制备方法不仅效率低，并且限制了结构设计。而选区激光熔化技术是一种常见的增材制造技术，它能够制备结构复杂的铝合金构件，同时具备优异的机械性能。
选区激光熔化快速凝固成形的过程能促进形成过饱和固溶体和细小弥散析出相。然而在这个高温快冷的加工过程中，容易形成极大的热应力，这将会造成样件开裂。快速凝固过程对于打印金属的凝固区间有严格的限制，凝固区间过大将会限制合金成形，并伴随产生裂纹，气孔等缺陷，严重降低样件成形质量。现在集中研究的铝合金主要是Al-Si和Al-Mg，Al-Si系列(AlSi10Mg、Al-12Si)成型性好，但是综合力学性能尚待提高(强度与塑性)，而Al-Mg系列成型性于性能统一的前提是要添加Sc、Zr等贵金属，这将提高制备成本，不适合工业大规模成产。因此开发一种制备成本低、成形好的新型高强韧铝合金对于推进选区激光熔化技术制造铝合金构件的应用前景具有重要意义。
发明内容
针对现阶段选区激光熔化技术制备高强铝合金的不足，本发明的目的在于开发一种适用于增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法。利用选区激光熔化技术和低温时效热处理工艺,以制成纳米尺度的网状共晶组织和多种增强相共存的高强韧铝合金。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法和应用，其利用选区激光熔化技术和短时低温时效热处理工艺，制成纳米尺度的网状共晶组织和多种增强相共存的高强韧铝合金。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金，所述Al-Mg2Si 合金按质量百分比计，由以下成分组成：Mg 3.5～9.5％，Si 1.3～3.5％， Mn 0.4～0.9％，Fe 0.05～2.5％，Zn 2.0～5.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。
作为优选方案；本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金，所述Al-Mg2Si-Zn合金以质量百分比计由下述成分组成为： Mg4.5～6.5％，Si 1.5～2.5％，Mn 0.5～0.8％，Fe 0.1～0.5％，Zn 2.5～4.5％，余量为铝及不可去除的杂质元素。
作为优选；所述Al-Mg2Si-Zn合金组织由过饱和固溶体α-Al、网状Al-Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al-Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸 50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的制备方法， Al-Mg2Si-Zn合金经过合金化，制造出符合成分要求的合金铸锭；所得合金铸锭经过重熔和除气后进行雾化形成的合金粉末，得到增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金粉末；其平均粒径20～80μm。在工业上应用时，把气雾化工艺制备的球形粉末筛分(如利用200目筛进行振动筛分)、真空干燥；得到平均粒径20～80μm的3D打印备用粉末。所述Al-Mg2Si-Zn合金粉末置于真空干燥箱干燥，真空度保持在 10-3MPa，时间为12小时，温度设为100℃。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用，所述 Al-Mg2Si-Zn合金为粉末状，其通过增材制造形成不同形状的零部件；所述零部件的合金组织由过饱和固溶体α-Al、网状Al-Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al-Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。所述增材制造工艺包括选区激光熔化技术。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；将 Al-Mg2Si-Zn合金粉末逐层铺设于基板上，根据三维模型进行层与层激光扫描成型，熔化凝固成形，得到成形件；所述的激光扫描成型过程中，参数包括：铺粉厚度为0.03～0.06mm，激光功率为200～500W、优选为290～500W，激光扫描速率为300～1200mm/s、优选为800～1200 mm/s，扫描间距0.05～0.12mm。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；激光扫描成型所用成型基板预热温度为100～150℃，以此减小激光成型过程中产生的热应力。作为优选，所述的成型基板为铸造Al-Mg2Si合金，以此增加第一层粉末在成型过程中与基板的润湿性。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；成形件经热处理得到热处理后的成形件；所述热处理的温度为100～220℃，时间为10分钟～8小时。
作为优选方案，本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；所述热处理的温度为160～200℃，时间为30分钟～6小时。
作为优选方案，本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；当铝合金组合物的成分及百分含量为
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe 0.2～0.35％(进一步优选为0.2％)， Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素时，采用3D打印并控制基板温度100℃、控制激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03mm时，所得打印件的致密度为99.2％，硬度为195Hv，最大抗拉强度为575MPa，屈服强度为423MPa，延伸率为15.5％。
作为优选方案，本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；所得打印件在180℃的条件下热处理3小时，得到高强韧铝合金；所述高强韧铝合金的其致密度为99.2％，硬度达205Hv，最大抗拉强度为605MPa，屈服强度为475MPa，延伸率为17.4％。
本发明一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；所述 Al-Mg2Si-Zn合金通过增材制造形成不同形状的零部件(即打印件) 可以直接使用。
所得打印件经过热处理后也可使用。
作为优选，所述的刮刀每次逐层送Al-Mg2Si-Zn合金粉末层厚为 0.03mm。
为了提高激光打印件的塑性，目前常用的热处理工艺集中在高温去应力退火和固溶+时效热处理。这些热处理都是以牺牲一定的强度来提高塑性。本发明采用160～200℃短时低温时效热处理，不仅一定程度消除热应力，而且能促进细小第二相的析出，能同时提高Al-Mg2Si合金的强度和塑性。
本发明通过成分与制备工艺的匹配(尤其是成分与选区激光熔化工艺参数的匹配)得到的Al-Mg2Si-Zn合金组织由过饱和固溶体α-Al、网状Al-Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al-Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。
本发明所得Al-Mg2Si-Zn合金的应用包括将其应用于航天航空领域和/或汽车制造领域和/或医疗器械、设备等领域。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出一种选区激光熔化制备的高强韧Al-Mg2Si-Zn合金及其制备方法，该高强韧Al-Mg2Si-Zn合金制备成本低，在不添加任何贵金属元素的前提下，就能获得良好的成型性和力学性能。运用选区激光熔化技术和低温时效热处理可以获得过饱和固溶体α-Al、网状Al-Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组织，其中网状Al-Mg2Si共晶尺寸为200～600nm；球状AlFeMnSi相尺寸 50～100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm。通过细晶强化、第二相强化和固溶强化的协同作用，使Al-Mg2Si-Zn合金强度和硬度有较大幅度提高。
2、本发明中的选区激光熔化工艺形成纳米尺寸的球状AlFeMnSi 相，而通常铸造铝合金会产生有害的针状AlFeSi相。球状AlFeMnSi 相能减少位错运动过程中产生的应力集中，提高合金强度；本发明中也产生100nm以下的MgZn2析出相，小尺寸析出相与基体界面呈共格关系，这有利于位错顺利切过第二相粒子从而提高强度和塑性。
3、本发明在热处理的过程中采用短时低温时效热处理工艺，短时低温时效能提高析出相数量并维持析出相的纳米尺寸；同时消除高温快冷凝固过程中产生的热应力，运用此热处理工艺能同时提高合金强度和塑性。
4、本发明提出了一种适用于选区激光熔化成型、致密度高、高强韧和制备成本低的Al-Mg2Si-Zn合金。同时打印粉末可以回收二次利用，避免了材料的浪费，可实现复杂形状结构件的生产，在航天航空、汽车和医疗等行业有广阔的应用场景。
附图说明
图1为实施例和对比例中所述气雾化制备Al-Mg2Si-Zn合金粉末的粒径分布图；
图2为实施例和对比例中所述气雾化制备Al-Mg2Si-Zn合金粉末截面显微组织。
图3为实施例8所制备的Al-Mg2Si-Zn合金中的纳米尺度网状共晶组织TEM图；
图4为实施例8所制备的Al-Mg2Si-Zn共晶组织内析出的MgZn2强化相TEM图。
从图1中可以看出实施例和对比例中所述气雾化制备 Al-Mg2Si-Zn合金粉末的粒径分布情况。
从图2可以看出实施例和对比例中所述气雾化制备Al-Mg2Si-Zn 合金粉末具体显微组织，合金粉末中的Al-Mg2Si共晶组织呈树状分布，并且共晶组织尺寸(长度)分布在2～8μm。
从图3中可以看出实施例8中的Al-Mg2Si-Zn合金组织特征，打印态合金中的Al-Mg2Si共晶组织呈网状分布，并且共晶组织尺寸分布在(长度)200～600nm。
从图2气雾化制备的Al-Mg2Si-Zn合金粉末组织和图3打印态的 Al-Mg2Si-Zn组织对比可知，打印态组织尺寸相比气雾化粉末组织更加细小，打印态合金中的均匀网状组织相比于气雾化合金粉不规则树枝状组织，能够减少材料变形生产过程中产生的应力集中和裂纹扩展，提高打印态合金使用寿命。
从图4中可以看出实施例8所述Al-Mg2Si-Zn合金中析出相特征，条状MgZn2析出相在网状Al-Mg2Si共晶内析出，尺寸(长度)小于 50nm。
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一步说明：
在以下实施例子中，所用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金原料以 Al-Mg2Si合金铸锭为原料，经过真空气雾化方法制备球形粉末，所制粉末经过200目振动筛筛分获得粒径在20～80μm范围内的球形粉末，球形粉末真空干燥后方可用于选区激光熔化成型。
实施例1
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe 0.2％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度100℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为99.2％，其力学性能指标如下：硬度达195HV，最大抗拉强度为 575MPa，屈服强度为423MPa，延伸率为15.5％。
实施例2
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg3.5％，Si 1.8％，Mn0.5％，Fe 0.2％，Zn 2.0％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的具体制备步骤及其参数同实施例1
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.8％，其力学性能指标如下：硬度达172HV，最大抗拉强度为 521MPa，屈服强度为410MPa，延伸率为12.5％。
实施例3
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg9.5％，Si 3％，Mn0.8％，Fe 1％，Zn 4％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的具体制备步骤及其参数同实施例1
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.8％，其力学性能指标如下：硬度达176HV，最大抗拉强度为544MPa，屈服强度为425MPa，延伸率为9.5％。
实施例4
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe0.25％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素，成分与实施例1相同。
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度120℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为200W，激光扫描速度为300mm/s，扫描间距0.05mm，铺粉厚度为0.03mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.5％，其力学性能指标如下：硬度达155HV，最大抗拉强度为 483MPa，屈服强度为383MPa，延伸率为10.5％。
实施例5
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe0.2％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素，成分与实施例1相同。
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度150℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为500W，激光扫描速度为1200mm/s，扫描间距0.12mm，铺粉厚度为0.06mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为99％，其力学性能指标如下：硬度达169HV，最大抗拉强度为 535MPa，屈服强度为420MPa，延伸率为13.2％。
实施例6
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si2％，Mn0.55％，Fe0.2％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素，成分与实施例1相同。
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度100℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
(7)将步骤(6)中得到的铝合金样件放置于100℃条件下保温8小时后出炉冷至室温。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.5％，其力学性能指标如下：硬度达200HV，最大抗拉强度为593MPa，屈服强度为454MPa，延伸率为16.2％。
实施例7
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe0.25％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素，成分与实施例1相同。
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度100℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03m，扫描间距为0.1mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
(7)将步骤(6)中得到的铝合金样件放置于220℃条件下保温10分钟时后出炉冷至室温。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.5％，其力学性能指标如下：硬度达198HV，最大抗拉强度为 585MPa，屈服强度为436MPa，延伸率为15％。
实施例8
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe0.2％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素，成分与实施例1相同。
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于选区激光熔化设备送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度100℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
(7)将步骤(6)中得到的铝合金样件放置于180℃条件下保温3小时后出炉冷至室温，即得到所述高强韧铝合金。
三、性能测试
对实施例制备的铝合金样件的微观组织进行检测。图3为选区激光熔化成型样件的微观组织透射电镜形貌，图4为Al-Mg2Si共晶组织及晶内析出相透射电镜形貌，其中灰黑色的相为Mg2Si相，灰白的细小相为MgZn2析出相。
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为99.2％，其力学性能指标如下：硬度达205HV，最大抗拉强度为 605MPa，屈服强度为475MPa，延伸率为17.4％。
短时低温时效热处理主要是为了消除高温快速凝固冷成型过程中产生的热应力，而且短时低温时效可以在保持析出相尺寸的前提下，提高析出相的数量。通过消除热应力、加强析出强化作用,提高合金强度和塑性。
对比例1
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg11.8％，Si5.0％，Mn0.1％，Fe 0.3％，Zn 0.1％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的制备步骤及其参数与实施例1相同
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为96.9％，其力学性能指标如下：硬度达116HV，最大抗拉强度为 353MPa，屈服强度为278MPa，延伸率为5.5％。
对比例2
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si 2％，Mn0.55％，Fe0.2％，Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度60℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为180W，激光扫描速度为1400mm/s，铺粉层厚为0.08mm，扫描间距为0.15mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为96.6％，其力学性能指标如下：硬度达122HV，最大抗拉强度为 343MPa，屈服强度为288MPa，延伸率为7.2％。
对比例3
一、铝合金组合物的成分及百分含量
Mg5.1％，Si2％，Mn0.55％，Fe 0.2％，0.2％,Zn 3％，余量为铝及不可去除的杂质元素
二、铝合金样件的制备步骤
(1)将真空干燥后的Al-Mg2Si-Zn球形粉末放置于送粉缸中。
(2)运用卡尺将成型基板调平，设置基板温度100℃进行预热，并在腔体内充入Ar气，提供一个真空成型环境。
(3)在设备自带三维建模软件中建造需要成型的样件模型。
(4)在工艺窗口对步骤(3)中建造的样件模型设置工艺参数，设置激光功率为290W，激光扫描速度为900mm/s，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm。
(5)送粉缸活塞下降一个层厚的高度，刮刀运动过程中把合金粉末送粉至成型基板，铺粉完成后激光开始启动，沿着样件截面的几何图形开始进行烧结。激光烧结方向从左至右，从上往下。
(6)上一层粉末激光烧结结束后，重复步骤(5)多次，直到程序运行结束，得到所述Al-Mg2Si-Zn合金样件，重复次数由样件尺寸决定。
(7)将步骤(6)中得到的铝合金样件放置400℃条件下保温10小时后出炉冷至室温。
三、性能测试
对本实施例制备得到的铝合金样件进行性能测试，得到其致密度为98.8％，其力学性能指标如下：硬度达80HV，最大抗拉强度为300MPa，屈服强度为228MPa，延伸率为19％。
以上样品均在相同的条件下依据国标对强度维氏硬度等指标进行测试，各样品的实验结果如表1所示。
表1为本发明实施例于对比例样品的力学性能
Figure BDA0003541912500000181
由表1所示的检测结果表明，本发明通过添加Zn元素以及调整选区激光熔化打印参数可以使铝合金具有高强度、高硬度以及高延伸率；同时通过设计与成分相匹配的热处理工艺，进一步提高 Al-Mg2Si-Zn合金的力学性能。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，再不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用，其特征在于：
所述Al-Mg2Si-Zn合金按质量百分比计，由以下成分组成：
Mg4.5~6.5%，Si 1.5~2.5%，Mn 0.5~0.8%，Fe 0.1~0.5%，Zn 2.5~4.5%，余量为铝及不可去除的杂质元素；
所述Al-Mg2Si-Zn合金为粉末状，其通过增材制造形成不同形状的零部件；所述零部件的合金组织由过饱和固溶体α-Al、网状Al-Mg2Si共晶、球状AlFeMnSi相和杆状MgZn2析出相组成，其中网状Al-Mg2Si共晶尺寸为200~600nm；球状AlFeMnSi相尺寸50~100nm；杆状MgZn2析出相尺寸小于50nm；
成形件经热处理得到热处理后的成形件；所述热处理的温度为100~220℃，时间为10分钟~8小时。
2.根据权利要求1所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用，其特征在于：Al-Mg2Si-Zn合金经过合金化，制造出符合成分要求的合金铸锭；所得合金铸锭经过重熔和除气后进行雾化形成的合金粉末，得到增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金粉末；其平均粒径20~80μm。
3.根据权利要求1所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用，其特征在于：
将Al-Mg2Si-Zn合金粉末逐层铺设于基板上，根据三维模型进行层与层激光扫描成型，熔化凝固成形，得到成形件；所述的激光扫描成型过程中，参数包括：铺粉厚度为0.03~0.06mm，激光功率为200~500 W，激光扫描速率为300~1200 mm/s，扫描间距0.05~0.12mm。
4.根据权利要求3所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用，其特征在于：所述的激光扫描成型过程中，激光功率为290~500W，激光扫描速率为800~1200 mm/s。
5.根据权利要求3所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；其特征在于：激光扫描成型所用成型基板预热温度为100~150℃。
6.根据权利要求1所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；其特征在于：所述热处理的温度为160~200℃，时间为30分钟~6小时。
7.根据权利要求1所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；其特征在于：当铝合金组合物的成分及质量百分含量为
Mg5.1%，Si 2%，Mn0.55%，Fe 0.2%，Zn3%，余量为铝及不可去除的杂质元素时，采用3D打印并控制基板温度100℃、控制激光功率为290W，激光扫描速度为900 mm/s，铺粉层厚为0.03mm，扫描间距为0.1mm时，所得打印件的致密度为99.2%，硬度为195HV，最大抗拉强度为575MPa，屈服强度为423MPa，延伸率为15.5%；
所得打印件在180℃的条件下热处理3小时，得到高强韧铝合金；所述高强韧铝合金的其致密度为99.2%，硬度达205HV，最大抗拉强度为605MPa，屈服强度为475MPa，延伸率为17.4%。
8.根据权利要求7所述的一种增材制造用高强韧Al-Mg2Si-Zn合金的应用；其特征在于：所得Al-Mg2Si-Zn合金的应用包括将其应用于航天航空领域和/或汽车制造领域和/或医疗器械、设备领域。
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