CN115141956B - 一种Al-Ce耐热合金及其制备方法 - Google Patents

一种Al-Ce耐热合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种Al‑Ce耐热合金及其制备方法，属于耐热铝合金技术领域。所述合金的组分包括α‑Al基体和体积分数为30％～50％的金属间化合物Al11Ce3；所述金属间化合物Al11Ce3在α‑Al基体内的存在形态为直径为2μm～10μm的初生Al11Ce3相，以及由α‑Al和Al11Ce3形成的共晶组织。用TIG增材制造系统和CNC机床制备所述合金：按需设置制造所需参数，用铸态Al‑Ce合金丝材进行沉积，待电弧平均电压的变动小于等于1V时，调整峰值电流、峰值时间占比和基值电流占比，继续沉积至结束。所述合金中的金属间化合物Al11Ce3的含量高，尺寸小，提升了所述合金在室温和高温下的力学性能。

Description

一种Al-Ce耐热合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种Al-Ce耐热合金及其制备方法，属于耐热铝合金技术领域。
背景技术
耐热铝合金在航空航天、兵器车辆等领域具有广泛应用，开发新型轻质高强铝合金对于提高装备性能和服役寿命具有重要意义。金属间化合物第二相强化是提高合金强度最有效的方法，该强化机制在高温下尤为重要，这是由于金属间化合物具有优异的高温组织稳定性，从而保证合金具有足够的热强性。
铈(Ce)虽然是稀土元素，但资源比较丰富。稀土元素总丰度为238ppm，其中Ce为68ppm，占稀土总量的28％，居第一位。然而，由于缺乏大规模的应用，Ce被认为是稀土开采的副产品，所以它相对便宜。在铝合金中加入稀土元素Ce，可形成Al11Ce3等含Ce金属间化合物，该强化相在高温下可稳定存在，使合金具有良好的高温性能，如公开号为CN113416870A的中国专利申请文件就公开了采用传统铸造制备高强耐热Al-Ce合金。
由于Ce具有极小的平衡极限固溶度和固态扩散系数，可抑制含Ce强化相的高温粗化和溶解，使铝合金具有较好的组织稳定性和高温强度。因此铸态Al-Ce合金拥有较好的高温性能，但是随着应用环境对耐高温的要求不断提高，现有的Al-Ce合金的高温性能还需进一步提升。
有研究报道称近共晶成分Al-Ce合金在高的凝固速率下，可以显著细化组织，使合金获得更好的室温与高温力学性能。然而，采用传统铸造的方法制备铸态Al-Ce合金，由于传统铸造方法的凝固速率不易控制，因此，制得的Al-Ce合金中的Al11Ce3等含Ce金属间化合物无法被细化，且金属间化合物的含量低，因此无法进一步提高Al-Ce合金的高温性能。另外，由于传统铸造的工艺方法限制，对于大尺寸Al-Ce合金工件的生产有困难。
也有报道采用激光增材制造打印Al-Ce合金，但是铝合金对激光能量的吸收率低，电子束真空加工易引起Al元素挥发，加之激光增材制造需要在真空条件下进行，因此激光增材制造不适合Al-Ce合金的制备。
电弧增材制造技术是基于离散、堆积原理，根据零件的三维模型采用材料逐层堆积方式实现零件的直接制造。相较于传统铸造，电弧增材制造在生产小批量复杂构件时可以无需生产或装配模具，能达到经济合理打印生产的目的。目前尚未有关于使用电弧增材制造技术制备Al-Ce耐热合金的报道，因此，如何采用电弧增材制造的方法制备具有更好高温力学性能的Al-Ce耐热合金是本领域需要解决的一个技术问题。
发明内容
有鉴于此，为进一步提高Al-Ce合金在室温和高温下的力学性能，本发明的目的在于提供一种Al-Ce耐热合金及其制备方法，所述Al-Ce耐热合金中的金属间化合物Al11Ce3的含量高，且尺寸小，有利于提升所述Al-Ce耐热合金在室温和高温下的力学性能。所述方法通过电弧增材制造的方法制备Al-Ce耐热合金，有利于形成具有较高体积分数的Al11Ce3和细化共晶组织，提高Al-Ce耐热合金在室温和高温下的力学性能。
为实现本发明的目的，提供以下技术方案。
一种Al-Ce耐热合金，所述Al-Ce耐热合金的组分包括α-Al基体以及分布在α-Al基体中的金属间化合物Al11Ce3；
以所述Al-Ce耐热合金的体积为100％计，所述金属间化合物Al11Ce3的体积分数为30％～50％；
所述金属间化合物Al11Ce3在α-Al基体内的存在形态为初生Al11Ce3相，以及由α-Al和Al11Ce3形成的共晶组织；所述初生Al11Ce3相的直径为2μm～10μm。
优选，所述Al-Ce耐热合金的组分还包括Si、Mg、Fe、Cu和Ni中的一种以上，且Si、Mg、Fe、Cu和Ni的含量可以根据需求而定。
一种本发明所述的Al-Ce耐热合金的制备方法，所述方法采用钨极惰性气体保护焊增材制造系统(简称：TIG增材制造系统)和计算机数字控制机床(简称：CNC机床)进行，具体步骤如下：
(1)根据Al-Ce耐热合金的形状设定电弧增材加工路径，按需设定电弧增材制造的单层沉积层高及铝合金基板预热道次；
(2)将铝合金基板固定到CNC机床的加工机床中，调整焊枪和送丝系统中的送丝管的位置，使其便于进行后续的电弧增材制造步骤；将铸态Al-Ce合金丝材通过送丝系统输送至铝合金基板处；
以所述铸态Al-Ce合金丝材的质量为100％计，Ce元素的质量分数为5％～15％；当所述Al-Ce耐热合金需要含有Si、Mg、Fe、Cu和Ni中的一种以上时，所述铸态Al-Ce合金丝材会含有相应的元素。
(3)设置TIG增材制造的参数：焊枪扫描速度为70mm/min～100mm/min，送丝系统的送丝速度为70cm/min～100cm/min，脉冲频率为1.2HZ，峰值电流为170A～240A，峰值时间占比为10％～25％，基值电流占比为8％～30％，惰性气体为氩气，氩气流量为16L/min～22L/min；
(4)启动CNC机床的控制系统，不启动送丝系统，在步骤(3)除送丝速度外的其他参数下，对铝合金基板进行预热，预热结束后，启动送丝系统，按照步骤(3)的参数进行电弧增材制造，待电弧增材制造过程中电弧平均电压的变动小于等于1V时，说明沉积稳定，此时调整电弧增材制造的部分参数：峰值电流为170A～185A，峰值时间占比为10％～17％，基值电流占比为8％～15％；
(5)电弧增材制造完成后，冷却到室温，得到所述Al-Ce耐热合金。
优选，步骤(1)中，单层沉积层高设为1.3mm～2.0mm。
优选，步骤(1)中，铝合金基板预热道次为2道次。
优选，步骤(2)中，调整焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方的3mm～8mm处，该距离也称为电弧长度，调整送丝系统中送丝管的位置，使送丝管与焊枪之间的夹角为30°～50°，并使两者位于同一竖直平面。
优选，步骤(2)中，所述铸态Al-Ce合金丝材的直径为1.5mm～1.8mm。
优选，步骤(3)中，焊枪扫描速度为100mm/min，送丝系统的送丝速度为100cm/min，脉冲频率为1.2HZ，峰值电流为220A～230A，峰值时间占比为25％，基值电流占比为15％～20％，惰性气体为氩气，氩气流量为20L/min。
优选，步骤(4)中，待沉积稳定后，调整电弧增材制造的部分参数：峰值电流为180A～185A，峰值时间占比为15％～17％，基值电流占比为10％～12％。
有益效果
(1)本发明提供了一种Al-Ce耐热合金，所述合金根据Al-Ce二元合金在640℃下的共晶反应设计，其是由α-Al基体和金属间化合物Al11Ce3构成的原位复合材料，所述合金中的金属间化合物Al11Ce3的含量高，且尺寸小，有利于提升所述合金在室温和高温下的强度和塑性；所述Al-Ce耐热合金在室温下抗拉强度不低于205MPa，200℃高温下抗拉强度不低于170MPa。所述合金的密度小于2.9g/cm3，有利于实现耐热合金的轻量化。
(2)本发明提供了一种Al-Ce耐热合金，Si、Mg、Fe、Cu和Ni中一种以上元素的添加，可以使Al-Ce耐热合金形成含有其他合金元素金属间化合物，如Al2CeSi2、Al13CeMg6、CeFe2Al10、Al8CeCu4、Al2CeNi等，从而获得更好的性能。同时这些合金元素的加入还可增强固溶强化、提高铸造性能等。
(3)本发明提供了一种Al-Ce耐热合金的制备方法，由于Al-Ce合金对凝固条件非常敏感，因此本发明所述方法采用电弧增材制造的方法制备Al-Ce合金，电弧增材制造提供的快速凝固条件，有利于α-Al基体中的金属间化合物Al11Ce3的细化，并且α-Al基体中的金属间化合物Al11Ce3的体积分数高；金属间化合物Al11Ce3作为强化相，能够提高Al-Ce耐热合金在高温下的强度和塑性。另外，所述方法针对铸态Al-Ce合金丝材设置与之相应的电弧增材制造工艺参数，尤其是步骤(4)中调整后的峰值电流、峰值时间占比、基值电流占比，将上述参数调节到合适的范围，可以降低电弧热输入，增强非平衡凝固效应，进而能够获得含有较高体积分数的金属间化合物Al11Ce3的Al-Ce耐热合金，使Al-Ce耐热合金获得更好的高温力学性能，即具有良好的强度和塑性。所述方法制得的Al-Ce耐热合金在室温下抗拉强度不低于205MPa，200℃高温下抗拉强度不低于170MPa。最后，通过电弧增材制造的方法制备Al-Ce耐热合金，在合金凝固相变过程中，能直接形成金属间化合物Al11Ce3，无需其他处理；另外由于电弧增材制造本身的特点，可以在较低成本下完成大尺寸且形状较复杂构件的高效、快速成型。
附图说明
图1为实施例1制得的Al-Ce合金薄壁件在常温和高温下的力学性能结果。
图2为实施例2制得的Al-Ce合金薄壁件的宏观形貌。
图3为实施例3制得的Al-Ce合金薄壁件的显微组织图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步阐述，其中，所述方法如无特别说明均为常规方法，所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得或根据文献制备而得。
实施例1
一种Al-Ce耐热合金薄壁件的电弧增材制造方法，所述方法采用TIG增材制造系统和CNC机床进行，具体步骤如下：
(1)使用计算机软件对待沉积的Al-Ce耐热合金沉积件构建长为50mm，宽为25mm，高为50mm的薄壁件三维模型(50mm×25mm×50mm)，以确定所述沉积件的加工路径，设置单层沉积的层高为2.0mm，通过CNC机床的控制系统设置铝合金基板的预热道次为两道次，根据加工路径、单层沉积的层高和预热道次编写加工程序，并将所述加工程序导入CNC机床的计算机控制系统中。
(2)将长为200mm，宽为200mm的铝合金基板(200mm×200mm)清洗好后，固定在CNC机床的加工机床中，调整焊枪的位置，使焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方5mm处，调整送丝系统，使送丝系统中的送丝管与焊枪之间的夹角为45°，并使两者位于同一竖直平面；将直径为1.6mm的铸态的含有Mg的Al-Ce合金丝材通过送丝系统输送至铝合金基板处，以所述铸态Al-Ce合金丝材的质量为100％计，Ce元素的质量分数为11.46％，Mg元素的质量分数为3.14％。
(3)设置TIG增材制造的参数：焊枪扫描速度为100mm/min，送丝系统的送丝速度为100cm/min，脉冲频率为1.2HZ，峰值电流为220A，峰值时间占比为25％，基值电流占比为15％，惰性气体为氩气，氩气流量为20L/min。
(4)启动CNC机床的控制系统，不启动送丝系统，在步骤(3)除送丝速度外的其他参数下，对所述铝合金基板进行预热，预热结束后，启动送丝系统，按照步骤(3)的参数进行电弧增材制造，待电弧增材制造过程中电弧平均电压的变动小于等于1V时，说明沉积稳定，此时调整电弧增材制造的部分参数：调整峰值电流为180A，峰值时间占比为15％，基值电流占比为10％。
(5)待电弧增材制造完成后，冷却到室温，得到一种Al-Ce耐热合金薄壁件。
所述Al-Ce耐热合金薄壁件的宏观形貌为：所述Al-Ce耐热合金薄壁件有致密的层状沉积形貌。
对所述Al-Ce耐热合金薄壁件进行X射线衍射(XRD)测试，根据测试结果可知，所述Al-Ce耐热合金中的Al基体为α-Al基体。
将本实施例制得的Al-Ce耐热合金薄壁件切取长为10mm、宽为8mm、高为6mm的样品，将其进行打磨、抛光、清理，然后在扫描电子显微镜下观察，并进行SEM-EDS成分分析，根据结果可知，所述Al-Ce耐热合金包括α-Al基体和分布在α-Al基体内的金属间化合物Al11Ce3，金属间化合物Al11Ce3在α-Al基体内的存在形态分为初生Al11Ce3相，以及由α-Al和Al11Ce3形成的共晶组织；这些细小的初生Al11Ce3相和均匀、细小的共晶组织分布在α-Al基体中，其中，初生Al11Ce3相的尺寸为2μm～7μm，通过对SEM图像使用测绘软件测得金属间化合物Al11Ce3的体积分数能够达到48.638％。
使用英斯特朗的INSTRON5966拉伸试验机测试所述合金薄壁件在室温和高温下的力学性能；其中，室温下待测试样品为总长度34mm，平行段长度为10mm，宽度为3mm，厚度为1mm的扁试样；高温下待测试样品为总长度44mm，平行段长度为34mm，宽度为3mm，厚度为2mm的扁试样；测试结果见图1，由此可知，室温下的抗拉强度为228MPa；延伸率为3.9％；200℃下的抗拉强度为205MPa；延伸率为19.6％。
实施例2
一种Al-Ce耐热合金薄壁件的电弧增材制造方法，所述方法采用TIG增材制造系统和CNC机床进行，具体步骤如下：
(1)使用计算机软件对待沉积的Al-Ce耐热合金沉积件构建长为50mm，宽为25mm，高为50mm的薄壁件三维模型(50mm×25mm×50mm)，以确定所述沉积件的加工路径，设置单层沉积的层高为2.0mm，通过CNC机床的控制系统设置铝合金基板的预热道次为两道次，根据加工路径、单层沉积的层高和预热道次编写加工程序，并将所述加工程序导入CNC机床的计算机控制系统中。
(2)将长为200mm，宽为200mm的铝合金基板(200mm×200mm)清洗好后，固定在CNC机床的加工机床中，调整焊枪的位置，使焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方5mm处，调整送丝系统，使送丝系统中的送丝管与焊枪之间的夹角为45°，并使两者位于同一竖直平面；将直径为1.6mm的铸态的含有Mg的Al-Ce合金丝材通过送丝系统输送至铝合金基板处，以所述铸态Al-Ce合金丝材的质量为100％计，Ce元素的质量分数为11.46％，Mg元素的质量分数为3.14％。
(3)设置TIG增材制造的参数：焊枪扫描速度为100mm/min，送丝系统的送丝速度为100cm/min，脉冲频率为1.2HZ，峰值电流为220A，峰值时间占比为25％，基值电流占比为15％，惰性气体为氩气，氩气流量为20L/min。
(4)启动CNC机床的控制系统，不启动送丝系统，在步骤(3)除送丝速度外的其他参数下，对所述铝合金基板进行预热，预热结束后，启动送丝系统，按照步骤(3)的参数进行电弧增材制造，待电弧增材制造过程中电弧平均电压的变动小于等于1V时，说明沉积稳定，此时调整电弧增材制造的部分参数：调整峰值电流为185A，峰值时间占比为15％，基值电流占比为12％。
(5)待电弧增材制造完成后，冷却到室温，得到一种Al-Ce耐热合金薄壁件。
所述Al-Ce耐热合金薄壁件的宏观形貌如图2所示，可以看到，电弧增材制造Al-Ce合金薄壁件有致密的层状沉积形貌。
对所述Al-Ce耐热合金薄壁件进行XRD测试，根据测试结果可知，所述Al-Ce耐热合金中的Al基体为α-Al基体。
将本实施例制得的Al-Ce耐热合金薄壁件切取长为10mm、宽为8mm、高为6mm的样品，将其进行打磨、抛光、清理，然后在扫描电子显微镜下观察，并进行SEM-EDS成分分析，根据结果可知，所述Al-Ce耐热合金包括α-Al基体和分布在α-Al基体内的金属间化合物Al11Ce3，金属间化合物Al11Ce3在α-Al基体内的存在形态分为初生Al11Ce3相，以及由α-Al和Al11Ce3形成的共晶组织；这些细小的初生Al11Ce3相和均匀、细小的共晶组织分布在α-Al基体中，其中，初生Al11Ce3相的尺寸为4μm～10μm，通过对SEM图像使用测绘软件测得金属间化合物Al11Ce3的体积分数能够达到40.032％。
使用英斯特朗的INSTRON5966拉伸试验机测试所述合金薄壁件在室温和高温下的力学性能，室温下和高温下的待测试样品的规格同实施例1，测试结果为：室温下的抗拉强度为208MPa；延伸率为2.7％；200℃下抗拉强度为182MPa；延伸率为11.6％。
实施例3
一种Al-Ce耐热合金薄壁件的电弧增材制造方法，所述方法采用TIG增材制造系统和CNC机床进行，具体步骤如下：
(1)使用计算机软件对待沉积的Al-Ce耐热合金沉积件构建长为50mm，宽为25mm，高为50mm的薄壁件三维模型(50mm×25mm×50mm)，以确定所述沉积件的加工路径，设置单层沉积的层高为2.0mm，通过CNC机床的控制系统设置铝合金基板的预热道次为两道次，根据加工路径、单层沉积的层高和预热道次编写加工程序，并将所述加工程序导入CNC机床的计算机控制系统中。
(2)将长为200mm，宽为200mm的铝合金基板(200mm×200mm)清洗好后，固定在CNC机床的加工机床中，调整焊枪的位置，使焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方5mm处，调整送丝系统，使送丝系统中的送丝管与焊枪之间的夹角为45°，并使两者位于同一竖直平面；将直径为1.6mm的铸态的含有Mg的Al-Ce合金丝材通过送丝系统输送至铝合金基板处，以所述铸态Al-Ce合金丝材的质量为100％计，Ce元素的质量分数为11.46％，Mg元素的质量分数为3.14％；所述电弧增材制造系统为TIG电弧增材制造。
(3)设置TIG增材制造的参数：焊枪扫描速度为100mm/min，送丝系统的送丝速度为100cm/min，脉冲频率为1.2HZ，峰值电流为230A，峰值时间占比为25％，基值电流占比为20％，惰性气体为氩气，氩气流量为20L/min。
(4)启动CNC机床的控制系统，不启动送丝系统，在步骤(3)除送丝速度外的其他参数下，对所述铝合金基板进行预热，预热结束后，启动送丝系统，按照步骤(3)的参数进行电弧增材制造，待电弧增材制造过程中电弧平均电压的变动小于等于1V时，说明沉积稳定，此时调整电弧增材制造的部分参数：调整峰值电流为185A，峰值时间占比为17％，基值电流占比为12％。
(5)待电弧增材制造完成后，冷却到室温，得到一种Al-Ce耐热合金薄壁件。
所述Al-Ce耐热合金薄壁件的宏观形貌为：所述Al-Ce耐热合金薄壁件有致密的层状沉积形貌。
对所述Al-Ce耐热合金薄壁件进行XRD测试，根据测试结果可知，所述Al-Ce耐热合金中的Al基体为α-Al基体。
将本实施例制得的Al-Ce耐热合金薄壁件切取长为10mm、宽为8mm、高为6mm的样品，将其进行打磨、抛光、清理，然后在扫描电子显微镜下观察，观察结果见图3，由此可知，所述Al-Ce耐热合金包括α-Al基体和分布在α-Al基体内的金属间化合物Al11Ce3，金属间化合物Al11Ce3在α-Al基体内的存在形态分为初生Al11Ce3相，以及由α-Al和Al11Ce3形成的共晶组织；这些细小的初生Al11Ce3相和均匀、细小的共晶组织分布在α-Al基体中，其中，初生Al11Ce3相的尺寸为6μm～10μm，通过对SEM图像使用测绘软件测得金属间化合物Al11Ce3的体积分数能够达到30.184％。
使用英斯特朗的INSTRON5966拉伸试验机测试所述合金薄壁件在室温和高温下的力学性能，室温下和高温下的待测试样品的规格同实施例1，测试结果为，室温下抗拉强度为205MPa；延伸率为4.9％；200℃下抗拉强度为174MPa；延伸率为8.0％。
从以上实施例可以看出，本发明提供的电弧增材制造Al-Ce耐热合金中含有细小的Al11Ce3相和均匀、细小的共晶组织，且强化相的体积分数高，使得所述Al-Ce耐热合金具有优异的耐热性能，在200℃的高温下，所述Al-Ce耐热合金的抗拉强度仍能保持在170MPa以上。
以上实施例所述加工路径的设定、加工程序的编写以及导入CNC机床的计算机控制系统的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方式即可。
本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：所述方法采用TIG增材制造系统和CNC机床进行，步骤如下：
(1)按需设置所述合金的加工路径，单层沉积层高及铝合金基板预热道次；
(2)将铸态Al-Ce合金丝材送至铝合金基板处；以所述铸态Al-Ce合金丝材的质量为100％计，Ce元素的质量分数为5％～15％；当所述Al-Ce耐热合金需含有Si、Mg、Fe、Cu和Ni中的一种以上时，所述铸态Al-Ce合金丝材含有相应的元素；
(3)设置参数：焊枪扫描速度为70mm/min～100mm/min，送丝速度为70cm/min～100cm/min，脉冲频率为1.2Hz，峰值电流为170A～240A，峰值时间占比为10％～25％，基值电流占比为8％～30％，惰性气体为氩气，氩气流量为16L/min～22L/min；
(4)启动CNC机床的控制系统，不启动送丝系统，在步骤(3)除送丝速度外的其他参数下，对铝合金基板进行预热，预热结束后，启动送丝系统，按步骤(3)的参数进行电弧增材制造，待电弧平均电压的变动小于等于1V时，调整部分参数：峰值电流为170A～185A，峰值时间占比为10％～17％，基值电流占比为8％～15％；
(5)电弧增材制造完成后，冷却到室温，得到所述Al-Ce耐热合金；
所述合金的组分包括α-Al基体以及分布在α-Al基体中的金属间化合物Al11Ce3；
以所述合金的体积为100％计，所述金属间化合物Al11Ce3的体积分数为30％～50％；
所述金属间化合物Al11Ce3在α-Al基体内的存在形态为初生Al11Ce3相，以及由α-Al和Al11Ce3形成的共晶组织；所述初生Al11Ce3相的直径为2μm～10μm。
2.根据权利要求1所述的一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：所述合金的组分还包括Si、Mg、Fe、Cu和Ni中的一种以上。
3.根据权利要求1或2所述的一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，焊枪扫描速度为100mm/min，送丝系统的送丝速度为100cm/min，脉冲频率为1.2Hz，峰值电流为220A～230A，峰值时间占比为25％，基值电流占比为15％～20％，保护气为氩气，氩气流量为20L/min；
步骤(4)中，待电弧平均电压的变动小于等于1V时，调整部分参数：峰值电流为185A，峰值时间占比为15％～17％，基值电流占比为10％～12％。
4.根据权利要求1或2所述的一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：所述铸态Al-Ce合金丝材的直径为1.5mm～1.8mm。
5.根据权利要求1或2所述的一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，单层沉积层高设为1.3mm～2.0mm；铝合金基板预热道次为2道次；
步骤(2)中，调整焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方的3mm～8mm处，调整送丝系统中送丝管的位置，使送丝管与焊枪之间的夹角为30°～50°，并使两者位于同一竖直平面。
6.根据权利要求3所述的一种Al-Ce耐热合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，单层沉积层高设为1.3mm～2.0mm；铝合金基板预热道次为2道次；
步骤(2)中，调整焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方的3mm～8mm处，调整送丝系统中送丝管的位置，使送丝管与焊枪之间的夹角为30°～50°，并使两者位于同一竖直平面；所述铸态Al-Ce合金丝材的直径为1.5mm～1.8mm。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111843215A (zh) * 2020-07-03 2020-10-30 武汉大学 一种高强铝合金构件的电弧增材制造方法、设备及产品
CN112609109A (zh) * 2020-12-09 2021-04-06 大连交通大学 一种含Ce-Mg高强耐热铝合金及其制备方法
CN113416870A (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 江西理工大学 一种高强耐热铝合金及其制备方法
CN114346368A (zh) * 2021-12-29 2022-04-15 北京理工大学 一种含硅镁合金电弧增材制造方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9963770B2 (en) * 2015-07-09 2018-05-08 Ut-Battelle, Llc Castable high-temperature Ce-modified Al alloys
US11986904B2 (en) * 2019-10-30 2024-05-21 Ut-Battelle, Llc Aluminum-cerium-nickel alloys for additive manufacturing

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111843215A (zh) * 2020-07-03 2020-10-30 武汉大学 一种高强铝合金构件的电弧增材制造方法、设备及产品
CN112609109A (zh) * 2020-12-09 2021-04-06 大连交通大学 一种含Ce-Mg高强耐热铝合金及其制备方法
CN113416870A (zh) * 2021-06-23 2021-09-21 江西理工大学 一种高强耐热铝合金及其制备方法
CN114346368A (zh) * 2021-12-29 2022-04-15 北京理工大学 一种含硅镁合金电弧增材制造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AC-TIG电弧增材Al-4.2Cu-1.3Mg铝合金构件特征;祁泽武等;《增材制造》;20220228;第51卷(第2期);第5页左栏第1段，右栏第3段，第6页左栏第1段，表2，第9页左栏第2-4段 *

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