CN115125418A - 铝合金、层叠造型物的制造方法及层叠造型物 - Google Patents

铝合金、层叠造型物的制造方法及层叠造型物 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种铝合金，用于层叠造型，所述铝合金包含Si、Fe、Mn、及不可避免的杂质，存在α相的Al‑Si‑Fe系金属间化合物。另外，还提供一种层叠造型物的制造方法，使用该铝合金粉末进行层叠造型。另外，还提供一种该铝合金的层叠造型物。

Description

铝合金、层叠造型物的制造方法及层叠造型物
技术领域
本发明涉及一种用于层叠造型的铝合金、层叠造型物的制造方法及层叠造型物。
背景技术
已知一种使用金属3D打印机制造铝合金的层叠造型物的方法。此时，重复如下的工艺：铺满铝合金粉末，并对特定的部位照射激光束或电子束，借此，使铝合金粉末熔解，然后使其凝固。
记载有如下内容(例如，参照专利文献1)，为了提高铝合金的层叠造型物的机械强度，例如在包含Si和不可避免的杂质即Fe的铝合金中添加Mn和Cr中的一种以上。
[现有技术文献]
(专利文献)
专利文献1：日本专利第6393008号公报
发明内容
[发明所要解决的问题]
然而，期待使用包含大量廉价的Fe的铝合金来提高层叠造型物的机械强度。
此处，包含Si和Fe的铝合金由于在制造时生长β相的Al-Si-Fe系金属间化合物(Al5FeSi)，因此，存在铝合金的延展性降低的问题。β相的Al-Si-Fe系金属间化合物具有单斜晶系的晶体结构，呈板形(截面为针形)且脆弱。
本发明的目的在于提供一种能够提高延展性的铝合金。
[解决问题的技术手段]
本发明的一态样是一种铝合金，用于层叠造型，所述铝合金包含Si、Fe、Mn、及不可避免的杂质，存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物。
可选地，上述的铝合金的Si的含量在3质量％以上且20质量％以下，Fe的含量在0.5质量％以上且7质量％以下，Mn的含量在0.1质量％以上且7质量％以下。
可选地，上述的铝合金还包含Be或Zr。
可选地，上述的铝合金的Be的含量在0.05质量％以上且1质量％以下，Zr的含量在0.2质量％以上且5质量％以下。
可选地，上述的铝合金还包含Cu、Zn、Mg、Ti、及Ni。
本发明的另一态样是一种层叠造型物的制造方法，使用上述的铝合金粉末进行层叠造型。
本发明的另一态样是一种上述的铝合金的层叠造型物。
(发明的效果)
根据本发明，能够提供一种可以提高延展性的铝合金。
附图说明
图1是绘示实施例1-1、1-2、比较例1的铝合金的X射线衍射光谱的图。
图2是拉伸试验前的比较例1和实施例1-1、1-2的测试片的表面的SEM照片。
图3是拉伸试验后的比较例1和实施例1-1、1-2的测试片的表面的SEM照片。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
[铝合金]
本实施方式的铝合金包含Si、Fe、Mn、及不可避免的杂质，存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物(Al15Fe3Si2)。本实施方式的铝合金由于存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物，因此，抑制了β相的Al-Si-Fe系金属间化合物的生长。其结果，本实施方式的铝合金的延展性提高。此处，α相的Al-Si-Fe系金属间化合物具有立方晶系的晶体结构，呈颗粒状。另外，在本实施方式的铝合金包含Zn的情况下，本实施方式的铝合金的耐腐蚀性提高。进而，可以使用包含大量Fe、Zn等杂质的再生铝合金锭作为本实施方式的铝合金的原料。再生铝合金锭由于制造时的CO2的排放量较少，因此，是一种对环境负荷较低的材料。
此外，本实施方式的铝合金用于层叠造型。
本实施方式的铝合金中的Si的含量在3质量％以上且20质量％以下，优选在5质量％以上且15质量％以下。如果本实施方式的铝合金中的Si的含量在3质量％以上，则本实施方式的铝合金不易产生拉裂；而如果在20质量％以下，则本实施方式的铝合金不易产生凝固裂纹。
本实施方式的铝合金中的Fe的含量在0.5质量％以上且7质量％以下，优选在1质量％以上且3质量％以下。如果本实施方式的铝合金中的Fe的含量在0.5质量％以上，则本实施方式的铝合金的机械强度提高；而如果在7质量％以下，则本实施方式的铝合金的延展性提高。
本实施方式的铝合金中的Mn的含量在0.1质量％以上且7质量％以下，优选在0.5质量％以上且2质量％以下。如果本实施方式的铝合金中的Mn的含量在0.1质量％以上且7质量％以下，则本实施方式的铝合金的延展性提高。
本实施方式的铝合金还可以包含Be或Zr。由此，进一步抑制了β相的Al-Si-Fe系金属间化合物的生长。
本实施方式的铝合金中的Be的含量优选在0.05质量％以上且1质量％以下，进一步优选在0.1质量％以上且0.5质量％以下。如果本实施方式的铝合金中的Be的含量在0.05质量％以上且1质量％以下，则本实施方式的铝合金的延展性提高。
本实施方式的铝合金中的Zr的含量优选在0.2质量％以上且5质量％以下，进一步优选在0.4质量％以上且2.0质量％以下。如果本实施方式的铝合金中的Zr的含量在0.2质量％以上且5质量％以下，则本实施方式的铝合金的延展性提高。
上述的铝合金还可以包含Cu、Zn、Mg、Ti、及Ni。
作为本实施方式的铝合金的形态，没有特别限定，可以列举例如锭、粉末、棒、板等。
锭可以借由以下方式制造，例如在熔点以上熔化母合金以形成熔融金属，然后将熔融金属倒入由铁制成的模具中。
此外，在制造锭时，优选实施脱气处理。
粉末可以借由以下方式制造，例如，将锭粉碎。
[层叠造型物的制造方法]
本实施方式的层叠造型物的制造方法使用本实施方式的铝合金的粉末进行层叠造型。
例如，重复如下的工艺：使用金属3D打印机将本实施方式的铝合金的粉末铺成厚度1μm以上，并对特定的部位照射激光束或电子束，由此将粉末加热至熔点以上的温度使其熔融，然后在1×104℃以上的冷却速度使熔解的粉末凝固。
[层叠造型物]
本实施方式的层叠造型物是本实施方式的铝合金的层叠造型物，利用本实施方式的层叠造型物的制造方法制造。因此，本实施方式的层叠造型物的延展性和机械强度提高。
作为本实施方式的层叠造型物的用途，没有特别限定，可以列举例如汽车用铝部件等。
[实施例]
以下对本发明的实施例进行说明，但本发明不限定于实施例。
[实施例1-1、1-2、比较例1]
将具有规定的组成(参照表1)的母合金以熔点以上的温度熔解而形成熔融金属，然后将熔融金属倒入由铁制成的模具，从而制作铝合金锭。此处，在制作铝合金锭时，实施了脱气处理。
[晶体结构分析]
使用样品水平强X射线衍射仪Rint TTRIII(Rigaku制造)，分析铝合金的晶体结构。此时，使用CuKα射线作为特征X射线。另外，样品是借由以下方式制作，将铝合金锭切出10cm见方，厚度为1～10mm，然后，用1000号砂纸和抛光轮研磨表面。
在图1中，绘示出实施例1-1、1-2、比较例1的铝合金的X射线衍射光谱。
由图1可知，实施例1-1、1-2的铝合金存在有α相的Al-Si-Fe系金属间化合物，相对于此，比较例1的铝合金不存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物。
[拉伸试验]
根据ISO6892-1或日本工业标准(JIS)Z2241，使用精密万能试验机AGX-V(岛津制作所公司制造)，实施拉伸试验，测量铝合金的伸长度。此时，作为测试片，使用JIS4号测试片，并使用伸长计测量测试片的伸长度(N＝4)。
表1中示出实施例1-1、1-2、比较例1的铝合金的伸长度的评价结果。
[表1]
Si Fe Mn Be Al 伸长度(％)
实施例1-1 10 1 1 - 剩余部分 4
实施例1-2 10 1 1 0.2 剩余部分 4.5
比较例1 10 1 - - 剩余部分 2
由表1可知，实施例1-1、1-2的铝合金的伸长度大于比较例1的铝合金的伸长度，即，延展性高。
[SEM观察]
使用扫描电子显微镜SU6600(HITACHI公司制造)，观察拉伸试验前后的测试片的表面。
在图2和图3中，分别示出拉伸试验前后的比较例1和实施例1-1、1-2的测试片的表面的SEM照片。
由图2可知，拉伸试验前的比较例1的测试片生长了针形的金属间化合物(用线包围的区域)即β相的Al-Si-Fe系金属间化合物。相对于此，拉伸试验前的实施例1-1、1-2的测试片存在有颗粒状的金属间化合物(用线包围的区域)即α相的Al-Si-Fe系金属间化合物，抑制了β相的Al-Si-Fe系金属间化合物的生长。
由图3可知，拉伸试验后的比较例1的测试片的脆性断裂面(用线包围的区域)多于拉伸试验后的实施例1-1、1-2的测试片。因此，可知β相的Al-Si-Fe系金属间化合物助长了脆性断裂面。
[实施例2-1～2-4、比较例2]
改变母合金的组成(参照表2)，除此之外，以与实施例1-1相同的方式制作铝合金锭。
[晶体结构分析]
如前述所述，分析铝合金的晶体结构，结果可知实施例2-1～2-4的铝合金存在有α相的Al-Si-Fe系金属间化合物，相对于此，比较例2的铝合金不存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物。
[拉伸试验]
如前述所述，实施铝合金的拉伸试验。
在表2中，示出实施例2-1～2-4、比较例2的铝合金的伸长度的评价结果。
[表2]
Cu Si Fe Zn Mg Ti Ni Mn Be Al 伸长度(％)
实施例2-1 0.26 6.8 0.5 0.48 0.4 0.02 0.025 0.1 - 剩余部分 9
实施例2-2 0.26 6.8 0.5 0.48 0.4 0.02 0.025 0.5 - 剩余部分 12
实施例2-3 0.26 6.8 0.5 0.48 0.4 0.02 0.025 - 0.06 剩余部分 8
实施例2-4 0.26 6.8 0.5 0.48 0.4 0.02 0.025 - 0.1 剩余部分 8
比较例2 0.26 6.8 0.5 0.48 0.4 0.02 0.025 - - 剩余部分 6
由表2可知实施例2-1～2-4的铝合金的伸长度大于比较例2的铝合金的伸长度，即延展性高。
[实施例3-1～3-4、比较例3]
变更母合金的组成(参照表3)，除此之外，以与实施例1-1相同的方式制作铝合金锭。
[晶体结构分析]
如前述所述，对铝合金的晶体结构进行分析，结果可知实施例3-1～3-4的铝合金存在有α相的Al-Si-Fe系金属间化合物，相对于此，比较例3的铝合金不存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物。
[拉伸试验]
如前述所述，实施铝合金的拉伸试验。
在表3中，示出实施例3-1～3-4、比较例3的铝合金的伸长度的评价结果。
表3
Figure BDA0003513348880000061
Figure BDA0003513348880000071
由表3可知，实施例3-1～3-4的铝合金的伸长度大于比较例3的铝合金的伸长度，即延展性高。

Claims (7)

1.一种铝合金，用于层叠造型，
所述铝合金包含Si、Fe、Mn、及不可避免的杂质，
存在α相的Al-Si-Fe系金属间化合物。
2.根据权利要求1所述的铝合金，其中，Si的含量在3质量％以上且20质量％以下，Fe的含量在0.5质量％以上且7质量％以下，
Mn的含量在0.1质量％以上且7质量％以下。
3.根据权利要求1所述的铝合金，其中，还包含Be或Zr。
4.根据权利要求3所述的铝合金，其中，Be的含量在0.05质量％以上且1质量％以下，
Zr的含量在0.2质量％以上且5质量％以下。
5.根据权利要求1所述的铝合金，其中，还包含Cu、Zn、Mg、Ti、及Ni。
6.一种层叠造型物的制造方法，使用权利要求1所述的铝合金粉末进行层叠造型。
7.一种层叠造型物，是权利要求1所述的铝合金的层叠造型物。
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