CN115427173A - 用于结构应用的、能够通过增材制造加工的高强度铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及粉状铝合金，其具有Cu、Zn或Si/Mg作为最相关的合金元素，所述合金还具有含量为1至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素。这种铝合金可用于增材制造方法，例如选择性激光熔化，以生产高强度和无热裂纹的三维物体。本发明还涉及从这种铝合金生产三维物体的方法和装置、生产这种粉状铝合金的方法、还涉及从这种粉状铝合金生产的三维物体，以及具体的铝合金。

Description

用于结构应用的、能够通过增材制造加工的高强度铝合金

本发明涉及具有Cu、Zn或Si/Mg作为最相关铝合金元素的特殊粉状铝合金，其具有1至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素。本发明还涉及用于生产这种铝合金的方法，用于增材制造三维物体的方法和设备以及根据这些方法生产的三维物体和特殊铝合金。

背景技术

轻质金属部件是车辆(特别是汽车)制造中广泛研究的主题，其目的是不断改善车辆的性能和燃油效率。如今用于汽车应用的许多轻质金属部件是由铝合金和/或镁合金制成。这种轻质金属可以形成需要坚固、坚硬和具有良好的强度和延展性(例如，伸长率)的承重部件。高强度和延展性对于车辆(例如，汽车)的安全性需求和坚固性来说是尤为重要的。虽然常规的钢和钛合金提供耐高温性，但是这些合金分别要么很重，要么相对昂贵。

用于形成汽车结构部件的轻质金属合金的廉价替代品是基于铝的合金。这种合金可以通过体积成形(bulk forming)工艺，例如挤压、轧制、锻造、冲压或铸造技术，例如压铸、砂铸、熔模铸造(investment casting)、重力压铸等，常规加工成所需部件。

现有技术已知具有足够塑性伸长率以吸收能量的高强度铝合金，主要来自锻造合金领域。这里介绍铝2000、6000和7000系列的主要材料。这些材料的特点是其相对柔软、延展的聚集体状态，这使得成型成为可能。在体积成形和随后的热处理引入的能量的帮助下，合金转化为高强度和完全硬化的状态。

近年来，“快速成型”或“快速模具”在金属加工领域获得越来越多的关注。这些方法也被称为选择性激光烧结和选择性激光熔化。在这个过程中，反复施加一层薄的粉末状材料，并在每一层中选择性地将材料固化在后期产品所位于的区域，通过曝光在激光束下，材料首先在预定的位置被熔化，然后固化。因此，可以相继构建完整的三维体。

例如，在EP 1 762 122A1中公开一种通过选择性激光烧结或选择性激光熔化生产三维物体的方法和用于执行该方法的装置。

通过选择性激光烧结或激光熔化进行加工，需要一种合金，其沉淀机制在没有预先冷成型的情况下起作用。这种合金尤其在2000系列合金(即铝-铜合金)领域中是已知的。然而，相对较大的熔化间隔给这些合金带来了问题，因为由于低熔点共晶(low-meltingeutectics)的快速凝固，结构中可能出现热裂纹，而低熔点共晶不会不受影响地承受结构凝固过程中的收缩应力。当通过选择性激光烧结进行加工时，通常仅获得微裂纹结构(micro-cracked structure)，使得常规的高强度锻造合金不能通过增材制造进行加工。

已经建立使用增材制造技术用于加工的其他可获得的铝合金(例如，那些来自AlSi合金家族的合金)无法具有高强度和断裂伸长率的令人满意的性质组合，或者由于其成本高和稀有的合金元素而处于劣势。

例如，EP 3181711A1描述一种具有稀有合金元素的铝合金示例，其中铝与相对较大含量(0.6至3wt.％)的Sc合金化。在以这种方式制备的合金中，金属间的Al-Sc相具有很强的强度增加效果，因此达到>400MPa的屈服强度。然而，除了合金所需要的相对高成本的金属Sc，不利的是，EP3181711A1中描述的合金不适合＞180℃的使用温度，因为AlMg基体倾向于软化和蠕变。

用于增材制造的另一种合金方法是Al-MMC(MMC＝金属基复合材料)概念，其在室温下具有与AlMgSc合金相当的机械性能。然而，这些材料的问题是，在高于200℃的温度下，其强度会显著下降。Al-MMC概念的另一个问题是，该材料由三种成分的粉末混合物组成，这使得运输、储存和再利用变得困难，因为不能排除物理过程导致的混合比例的变化。另一个缺点是MMC金属陶瓷复合材料的负面回收行为，以及Al-MMC的机械后处理更加困难，而且成本更高。

基于上述现有技术，需要一种铝合金，其尽可能廉价、热稳定并且具有高强度性质，可以使用增材制造技术(例如，选择性激光烧结和选择性激光熔化)加工成具有高强度、刚性和有利的腐蚀性能的三维物体。如果可能，为了保证高度的供应安全，应该避免市场上供应缺乏的稀土金属，例如钪。还需要用于生产三维物体的增材加工方法和通过这些方法生产的高强度三维物体。

发明内容

通过如权利要求1所述粉状铝合金、通过如权利要求9所述的用于生产三维物体的方法、通过如权利要求8所述的用于生产粉状铝合金的方法、通过使用如权利要求1所述的粉状铝合金生产的如权利要求11所述的三维物体、通过如权利要求14所述的用于执行生产三维物体的方法的装置，以及如权利要求15所述的铝合金来解决这一问题。本发明的优选实施例在从属权利要求中阐述。

根据本发明的粉状铝合金是一种粉末，用于使用增材制造技术制造三维物体。根据本发明的粉状铝合金包含Cu、Zn或Si/Mg作为最相关的合金元素，并且还具有1至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素。这种铝合金有利地不包含Cr或Li的相关比例(即特别地小于0.3wt.％，优选小于0.15wt.％，甚至更优选小于0.1wt.％的Cr和/或Li的总比例，最优选不包含超过不可避免的杂质和Cr和/或Li的比例)。如果铝合金包含Cr和/或Li，则应注意M1组的金属加上Cr和Li的总含量应在1至15wt.％的指定范围内，或在相应的更优选的范围内。

在本说明书的上下文中，术语“铝合金”是指理解为该合金包含作为最基本金属元素的铝，并且铝的比例在铝合金中超过60wt.％，更优选超过70wt.％，甚至更优选超过80wt.％。表述“Cu、Zn或Si/Mg作为最相关合金元素”是指理解为Cu、Zn或Si/Mg的比例大于所有其他元素(除了铝外)的相应比例，在Si和Mg的比例的和大于合金中所有其他元素(除了铝外)的相应比例的情况下，其中Si/Mg表示合金中Si和Mg的总含量(在这种情况下，Si和Mg的比例总和大于所有其他元素(除了铝外)的相应比例)。“最相关的合金元素”是指铝合金本身，即没有考虑根据本发明的组合物中包含的来自M1组的其他金属，但是优选的是，Cu或Zn的比例大于合金中所有其他元素(除了铝外)的相应比例，并包含来自M1组的金属。

在这一背景下，本领域技术人员意识到AlCu合金(即合金中Cu是最相关的合金元素)也指2000系列的铝合金，AlZn合金(即合金中Zn是最相关的合金元素)也指7000系列的铝合金，以及AlSi/Mg合金(即合金中“Si/Mg”是最相关的合金元素)也指6000系列的铝合金(根据国际合金命名系统)。对于属于此类别的铝合金的概述，可以参考，例如https://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium_alloy#Alloy_designations。

通过M1组金属的混合，通过增材制造技术(例如，选择性激光烧结或选择性激光熔化)生产基本上或甚至完全无裂纹的三维主体，尽管添加了相对大量的过渡金属。这是令人惊讶的，因为在常规的铝加工技术中，通常不可能将这些过渡金属的合金含量增加到高于定义的极限(例如在0.1至0.3wt.％的范围内)，因为这种增加会导致延展性显著降低，从而不再具有给定的可加工性，这只允许生产非常粗糙的结构部件。在通过本文描述的增材制造技术生产三维主体和物体时，规避了这一问题，因为成型不需要高于平均水平的材料延展性，使得由于该工艺，也可以产生非常精细和纳米级的结构。

作为M1组金属的优选比例，可以给定至少1.3wt.％、优选2.0wt.％至8.0wt.％和进一步优选2.5wt.％至5.0wt.％的比例。替代地或者除此之外，所述金属或选自M1组的金属不由相当比例的镧系元素组成，其获得可以是成本密集型的，其中相对于来自M1组的金属总量，镧系元素的比例优选小于10wt.％，进一步优选小于5wt.％，并且仍然进一步优选小于1wt.％。来自M1组的金属优选是容易获得的和廉价的金属，例如Zr、Fe和Ti，其中Zr和/或Ti可以表示为特别合适的。对于Zr，0.25至2wt.％的比例，特别是0.5至1.9wt.％的比例可以表示为特别合适。同样，对于Ti，0.25至2wt.％的比例，特别是0.5至1.9wt.％的比例可以表示为特别合适的。如果铝合金含有Zr和Ti作为M1组金属，并且这些金属在每种情况下都以0.25至2wt.％的比例存在于铝合金中，特别是0.5至1.9wt.％，是特别优选。

优选地，本发明的铝合金不含任何相关比例的Sc或Y，因为这些金属具有严重的与成本相关的缺点。因此，根据本发明的优选铝合金含有最高达1.5wt.％的Sc和/或Y，优选最高达1wt.％，甚至更优选最高达0.5wt.％，甚至更优选不超过通常杂质的Sc和Y的量。

在本说明书的上下文中，特别合适的粉状铝合金是具有含量为4至6wt.％的Cu、0.1至1.5wt.％的Mg和0.1至1wt.％的Ag的铝合金。对于这种合金，进一步优选的是，考虑到这些元素和来自M1组的元素，最高达98wt.％的合金的缺失部分，优选最高达99wt.％的合金的缺失部分是铝。在这种情况下，最高达100wt.％的合金的缺失部分通常由其他金属和/或非金属(例如氧)提供，但它们不再对合金的机械性能有任何显著影响。

在特别优选的实施例中，上述根据本发明的铝合金具有含量至少4.5wt.％和/或至多5.8wt.％，优选至少4.8wt.％和/或至多5.5wt.％的Cu，含量至少0.2wt.％和/或至多1.5wt.％，优选至少0.3wt.％和/或至多1.2wt.％的Mg，以及含量至少0.05wt.％和/或至多0.6wt.％，优选至少0.2wt.％和/或至多0.4wt.％的Ag。替代地或除此之外，上述根据本发明的铝合金优选含有至多0.2wt.％，特别是0.05至0.15wt.％的氧，至多0.6wt.％，特别是0.2至0.55wt.％的锰和最高达0.3wt.％，优选0.05至0.15wt.％的硅。

在另一特别优选的实施例中，上述根据本发明的铝合金具有含量至少0.2wt.％和/或至多1.3wt.％、优选至少0.3wt.％和/或至多1.0wt.％的Si，含量至少0.4wt.％和/或至多2.2wt.％，优选至少0.6wt.％和/或至多1.8wt.％的Mg，和含量至少0.3wt.％和/或至多1.3wt.％，优选至少0.4wt.％和/或至多1.0wt.％的Mn。优选的是，该铝合金的Si和Mg的总含量在0.9到2.8wt.％的范围内，特别是在1.2到2.5wt.％的范围内。

对于上述铝合金，发现在通过增材制造由它们制成的产品中，可以通过热处理来调整所需的机械特性。通过合金元素的选择，与沉淀物相比，基体的电化学静息电位也可以向更高的值移动，从而实现更高的耐腐蚀性和合金对应力开裂的敏感性显著降低。

关于颗粒尺寸，根据本发明的粉状铝合金不受任何显著限制，其中颗粒尺寸应处于适合用于生产三维物体的增材工艺的维度。作为合适的颗粒尺寸，可以给定0.1至500μm的范围，优选至少1和/或至多200μm，特别优选至少10和/或至多80μm的平均颗粒尺寸d50。非常特别优选的是平均颗粒尺寸d50在10至80μm的范围内。

如下文进一步指出的，根据本发明的粉状铝合金也可以是丝的形式，例如，对于某些加工操作，相应的丝状的铝合金也是本发明的主题。

d50表示具有直径小于指定尺寸的颗粒重量为样品质量的50％的尺寸。通常，以及在本文描述的本发明的上下文中，颗粒尺寸分布通过激光散射或激光衍射来确定，例如根据ISO 13320:2009。单个颗粒的直径可以是相应的最大直径(＝颗粒每两点所有距离的上确界)或筛子直径或体积等效球直径，视情况而定。

如上所述，通过包含来自M1组的元素，可以显著降低材料形成应力裂纹的趋势，理想情况下可以完全避免应力裂纹。出于这一目的，没有必要包括出于类似目的而描述的陶瓷材料。因此，根据本发明的粉状铝合金尽可能不包含添加的陶瓷化合物，例如特别是金属硼化物、金属氮化物和金属碳化物。因此，这种材料在铝合金中的比例应限制在小于0.2wt.％、特别是小于0.1wt.％和进一步优选小于0.05wt.％。而且，纳米颗粒金属或金属氢化物(例如Zr、Hf或ZrH₂，具有最高达5μm的颗粒尺寸)已经在现有技术的其他地方进行了描述以避免应力开裂，出于这一目的，在本发明的粉状铝合金中是不必要的，使得它们的比例应在金属硼化物、金属氮化物和金属碳化物或陶瓷添加剂的指示限度内。如果为了加工目的或在加工过程中没有向本发明的粉状铝合金中添加相应的材料，则特别有利。

本发明的粉状铝合金可以通过本领域技术人员已知的用于生产粉状合金的任何工艺生产。特别有用的过程包括，例如，液态铝合金的雾化或机械合金化。因此，在进一步的方面中，本发明涉及用于生产粉状铝合金的方法，该方法包括在>850℃的温度下雾化液态合金的步骤，优选>950℃，更优选>1050℃。高于>1200℃的温度不是雾化所必需的，并且由于更高的能量要求而不太可取。因此，>850℃至>1200℃和优选>950℃至1150℃的范围可以指定为特别有利的雾化温度范围。必须通过熔体的充分过热或工艺控制来确保上述温度在喷嘴处也不断占优势，以防止不希望的主要沉淀。通过雾化生产粉状铝合金与M1组添加金属溶解在铝合金中或作为亚稳态相存在的优点有关。在激光烧结或激光熔化的后续加工过程中，将这些相溶解，使得金属可以具有晶粒细化效果。

或者，根据本发明的粉状铝合金也可以通过机械合金化来生产。在此过程中，后期合金(或其预混物)的单个组分的金属粉末经过密集的机械处理并均质化至原子水平。对于颗粒的改性，可以在机械合金化之后对获得的颗粒进行后处理，例如为了改变形态、颗粒尺寸或颗粒尺寸分布或进行表面处理。后处理可以包括一个或多个选自以下的步骤：颗粒和/或颗粒表面的化学改性、筛分、粉碎、圆磨、等离子体球化(即加工成圆形颗粒)和添加剂处理。这里特别建议对颗粒形态或晶粒尺寸分布进行修饰，因为机械合金化通常获得平板或薄片。这种形式在随后的增材加工方法中通常是有问题的。

此外，本发明涉及一种粉状铝合金，该合金可以通过所述方法在优选>850℃和进一步优选>1050℃的温度下雾化液体金属，或通过机械合金化以及可选后处理来获得，由此还参考上述对雾化、机械合金化和可选的后处理的优选实施例的解释。

下面还公开了一种用于借助增材制造技术生产三维物体的粉状铝合金，除铝外，它还含有Cu、Zn或Si/Mg作为最相关的合金元素，还具有含量为1至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Cr、Zr、Fe、Ti、Ta、V、镧系元素和Li。上面公开的根据本发明的铝合金的优选实施例类似地被认为优选用于这种粉状铝合金。

本发明的另一方面涉及一种借助于增材制造工艺(即逐层构建物体的过程)来生产三维物体的方法。优选地，通过逐层施加构建材料并选择性地固化构建材料，特别是通过提供辐射能量，在每一层中与物体在该层的横截面相关联的位置处来生产物体，优选通过使用至少一个曝光区域，特别是能量束的辐射曝光区域扫描该位置，或通过将构建材料引入辐射冲击区域并将其熔化并将其施加到基底上。在本文所述的本发明的上下文中，构建材料包括如上所述的粉状铝合金，但可替代地包括相应的丝状铝合金。优选地，构建材料包括所述粉状或丝状铝合金。

三维物体可以是由一种材料(即铝合金)制成的物体，也可以是由不同材料制成的物体。如果三维物体是由不同材料制成的物体，则该物体可以通过例如将本发明的铝合金施加于其他材料的基体来制造。

在这一方法的上下文中，如果在选择性固化之前预热粉状铝合金可能是有用的，由此给定预热到至少110℃作为优选，预热到至少120℃的温度作为进一步优选，预热至至少130℃的温度作为更进一步优选，预热至至少150℃的温度作为更进一步优选，预热至至少165℃的温度作为更进一步优选，并且预热到至少190℃的温度作为更进一步优选。另一方面，预热到非常高的温度对用于生产三维物体的装置，即至少对形成三维物体的容器提出了相当大的要求，因此温度为最高400℃可以指定为合理的最高预热温度。预热的最高温度优选为最高350℃，进一步优选为最高300℃。用于预热的温度分别表示施加有粉状铝合金的构建平台的温度和由粉状铝合金形成的粉末床的加热温度。

逐层施加或沉积在适合通过增材制造进行加工的层厚度中便利地进行，例如层厚度在20至60μm范围内，优选厚度至少为25和/或至多50μm，进一步优选厚度至少为30和/或至多40μm。

如上所述，根据本发明的方法还可以配置成将构建材料引入到能量源(例如激光)的辐射曝光区域中，并且将其熔化并施加到基底上。在这种方法中，也称为粉末构建焊接(powder build-up welding)模式中的激光熔覆，通过一个或多个喷嘴将粉末点喷到基底上，同时激光与激光的施加点对齐。通过辐射能量将基底部分熔化，并将施加的合金粉末熔化，使施加的合金可以与熔化的基底结合。通过这种方式，将一层颗粒材料施加到工件上并结合到工件的表面层上。通过依次“喷涂”颗粒材料的熔融层，可以生产出更大的工件。

或者，也可以以丝构建焊接(wire build-up welding)工艺的模式进行激光涂布工艺，其中使用丝代替粉末。因此，根据本发明的方法还包括使用如上所述的由铝合金制成的丝的实施例。

对于根据本发明的方法，还发现对所生产的三维物体进行热处理可以显著改善其物理性能，例如特别是拉伸强度和/或屈服强度。可能的是，这种效应是由于初始形成的三维物体的合金中微观结构的重新排列。为此目的，根据本发明的方法因此优选地还包括对初始形成的三维物体进行热处理的步骤，优选在400℃至500℃的温度和/或在20至200min的时间内。作为特别优选的温度范围，可以提及420℃至470℃的范围，特别是至少430℃和/或450℃或更低的温度范围。热处理的特别优选的时间范围是30min至120min，特别是至少40min和/或80min或更短。此外，已经发现，如果在相对较高的温度下进行这种热处理后，将三维物体迅速冷却到大约环境温度(即在10min或更短的时间内，优选5min或更短的时间内，例如用水淬火)，并且随后在90℃至150℃的温度下进行时效，特别是至少110℃和/或在140℃或更低，持续至少12小时，优选至少18小时，则这种热处理提供了特别有利的结果。

本发明的另一方面涉及使用粉状铝合金生产的三维物体，特别是根据上述方法生产的三维物体，其中粉状铝合金是如上所述的铝合金，并且其中三维物体包含或由这种铝合金组成。通过使用上述合金来生产此类物体，可以获得非常好的“构建”表面，从而可以最大限度地减少随后的表面后处理(例如平滑化)。

根据本发明的三维物体适宜地具有有利的合适的机械性能，例如特别是至少400MPa和/或至多550MPa，优选至少440MPa至550MPa并且特别优选在460至480Mpa的范围内的屈服强度和/或450MPa和/或至多550MPa，优选至少470MPa和特别优选500至550Mpa的范围内的拉伸强度。这些各自的屈服强度和强度在本文所述的本发明范围内根据EN ISO6892.1(2011)确定。替代地或额外地，本发明的三维物体优选在200℃下具有优选至少330MPa的屈服强度，更优选至少350MPa，甚至更优选在360MPa至420MPa的范围内。

本发明的另一方面涉及用于执行制造如上所述的三维物体的方法的制造装置，其中该装置包括激光烧结装置或激光熔化装置、配置为具有容器壁的开口容器的加工室、位于加工室中的支架，其中加工室和支架能够在垂直方向上相互移动、储存容器和能够在水平方向上移动的涂布机，其中该储存容器至少部分填充有如上所述的粉状铝合金。

类似地，本发明涉及用于执行制造三维物体的方法的制造装置，包括用于激光涂布的装置和加工室、用于将颗粒材料或丝进料至激光束的曝光区域的进料装置，以及至少部分地填充有如上所述的粉状铝合金或填充有这种铝合金的丝的储存容器。

用于生产三维物体的增材制造装置和相关方法的特征通常在于，通过逐层固化不定形(或丝状)的构建材料在其中生产物体。例如，可以通过用电磁辐射或粒子辐射照射，例如在激光烧结(“SLS”或“DMLS”)或激光熔化或电子束熔化中向构建材料提供热能来实现固化。

例如，在激光烧结或激光熔化中，在构建材料层上的激光束的曝光区域(“激光光斑”)移动到对应于在该层中待生产的物体的物体横截面的层的那些点上。除了应用能量之外，还可以通过3D打印对所施加的构建材料进行选择性固化，例如通过施加粘合剂(adhesive)或粘结剂(binder)。一般而言，本发明涉及通过逐层施加和选择性固化构建材料来制造物体，而不管构建材料以何种方式固化。

本发明的其它特征和实施例将借助附图在示例性实施例的描述中找到。

图1示出了根据本发明的一个实施例的用于逐层构建三维物体的装置的示意图，部分再现为横截面。

图1所示的装置是本身已知的激光烧结装置或激光熔化装置a1。对于物体a2的构建，它包含带有室壁a4的加工室a3。在加工室a3中，设置向上打开的具有壁a6的构建容器a5。工作平面a7由构建容器a5的上部开口定义，由此位于开口内的工作平面a7的区域，可用于构建物体a2，称为构建区域a8。在容器a5中，设置在垂直方向V上能够移动的支架a10，其连接有底板a11，其在底部封闭构建容器a5并因此形成构建容器a5的底座。底板a11可以是与支架a10分开形成的平板，并连接至支架a10，或者也可以与支架a10一体成型。根据所使用的粉末和工艺，在底板a11上还可以连接有构建平台a12，物体a2可以在构建平台a12上构建。但是，物体a2也可以在底板a11本身上构建，则底板a11用作构建平台。在图1中，在构建平台a12上的构建容器a5中待形成的物体a2显示在工作平面a7的下方，处于中间状态，其中几个已固化的层被未固化构建材料a13包围。激光烧结装置a1还包含用于粉状构建材料a15(其可以通过电磁辐射固化)的储存容器a14，以及涂布机a16，该涂布机可以在水平方向H上移动，用于将构建材料a15施加到构建区域a8。激光烧结装置a1还包含具有激光a21的曝光装置a20，其产生激光束a22作为能量束通过偏转装置a23偏转，并且通过聚焦装置a24通过耦合窗口a25聚焦到工作平面a7，该耦合窗口a25安装在加工室a3的顶部侧的室壁a4中。

此外，激光烧结装置a1包括控制单元a29，通过该控制单元a29以协调的方式控制装置a1的各个组件以执行构建过程。控制单元a29可以包括CPU，其操作由计算机程序(软件)控制。计算机程序可以与装置分开储存在储存介质上，从中可以将其加载到装置中，特别是加载到控制单元中。在操作中，为了施加粉末层，首先将支架a10降低对应于所需的层厚度的高度。通过将涂布机a16在工作平面a7上移动，然后施加一层粉状构建材料a15。为了安全起见，涂布机a16推动在其前面的构建材料a15的量稍微多于构建该层所需的量。涂布机a16将计划过量的构建材料a15推入溢流容器a18中。溢流容器a18设置在构建容器a5的每一侧。粉状构建材料a15的施加至少发生在待生产的物体a2的整个横截面上，优选在整个构建区域a8上，即工作平面a7的区域，其可以通过支架a10的垂直运动来降低。随后，通过具有光束曝光区域(未示出)的激光束a22扫描待生产的物体a2的横截面，其示意性地表示为能量束与工作平面a7的交点。通过这种方式，粉状构建材料a15在与待生产的物体a2的横截面相对应的点上固化。重复这些步骤，直到物体a2完成并且可以从构建容器a5中移除。为了在加工室a3中产生优选层流的工艺气体流a34，所述激光烧结装置a1还包括气体供应通道a32、进气喷嘴a30、出气开口a31和气体排出通道a33。工艺气体流a34水平地横跨构建区域a8。气体供应和排出也可以由控制单元a29控制(未示出)。从加工室a3中提取的气体可以进料至过滤装置(未显示)，过滤后的气体可以通过气体供应通道a32再进料到加工室a3，从而形成具有封闭气体回路的再循环系统。在每种情况下，都可以提供多个喷嘴或开口，而不是只有一个进气喷嘴a30和一个出气开口a31。

在本发明的装置中，储存容器a14至少部分填充有如上所述的粉状铝合金a15。

最后，本发明的另一方面涉及铝合金，其具有含量为4至6wt.％的Cu、0.1至1.5wt.％的Mg和0.1至1wt.％的Ag，以及1.3至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素，其中，优选最高达99wt.％的合金缺失部分是铝，其中进一步优选最高达100wt.％的合金缺失部分是铝、锰、硅和氧。

本发明通过许多示例进一步说明，然而，这些示例不应被解释为以任何方式确定本申请的保护范围。

示例1：

通过直接金属激光烧结(DMLS)将具有表1中给出的组成的各种铝合金加工成测试体。根据其硬度、23℃下的屈服强度和拉伸强度对以这种方式生产的测试体进行了检查。这些测试的结果也在表1中给出。

¹＝如所制备的；²＝热处理后。

为了确定硬度，根据标准DIN EN ISO 6506-1:2015“Metallic Werkstoffe–

nach Brinell–Teil 1:Prüfverfahren”，对制造的测试体进行布氏硬度测试。密度立方体样品用于测定。对每个样品进行三次测试，测量值的精确度为1HBW。

对比样品1中产生的测试体显示出巨大的热裂纹。在对比样品2中，与对比样品1相比，热裂纹大大减少，但仍然可见；对测试体的热处理没有导致材料硬度的提高。根据本发明的材料显示出没有热裂纹，并且与生产后的对比样品直接相比，机械性能显著改善。通过热处理(485℃/40min，随后用水淬火并在25℃下进行时效)，可以大大改善这些性能。

示例2

将示例1中由铝合金制成的测试体(-●-)与由其他材料制成的相应测试体进行屈服强度特性的比较。使用了作为由Scalmally(DMLS加工，

)、铝合金AW2618(锻造，T6，-□-)、铝合金7075(T6，-▲-)、铝合金2024(T6，-x-)和Addmalloy(DMLS加工，-○-)制成的对比材料测试体。对比材料的数据取自文献或相应的数据表。由这些材料制成的测试样品的屈服强度如图2所示。

从图2中可以明显看出，根据本发明的铝合金在23℃下已经具有所有测试材料中最高的屈服强度，而只有Scalmalloy和铝合金7075具有在类似的高范围内的屈服强度。与高温锻造合金AW-2618A相比，差异为约27％。在约100至120℃的温度下，铝合金7075的屈服强度急剧下降，在这些温度下，Scalmalloy的屈服强度甚至显著降低。相反，本发明的铝合金的屈服强度在这些温度下仅稍微下降。在约200℃下，本发明的铝合金的屈服强度比次优的合金AW 2618A好约42％。

Claims (15)

1.粉状铝合金，其具有Cu、Zn或Si/Mg作为最相关的合金元素，其特征在于，所述合金还具有含量为1至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素。

2.根据权利要求1所述的粉状铝合金，其特征在于，所述粉状铝合金具有含量为至少1.3wt.％，优选2.0wt.％最高达8.0wt.％，进一步优选2.5wt.％最高达5.0wt.％的来自M1组的金属，优选Zr和/或Ti。

3.根据权利要求1或2所述的粉状铝合金，其特征在于，所述铝合金具有含量为4至6wt.％的Cu、0.1至1.5wt.％的Mg和0.1至1wt.％的Ag，其中优选最高达99wt.％的合金缺失部分是铝。

4.根据权利要求3所述的粉状铝合金，具有含量为至少4.5wt.％和/或至多5.8wt.％，优选至少4.8wt.％和/或至多5.5wt.％的Cu、至少0.2wt.％和/或至多1.5wt.％，优选至少0.3wt.％和/或至多1.2wt.％的Mg，以及至少0.05wt.％和/或至多0.6wt.％，优选至少0.2wt.％和/或至多0.4wt.％的Ag。

5.根据权利要求3所述的粉状铝合金，还包含最高达0.2wt.％，优选0.05至0.15wt.％的氧、最高达0.6wt.％，优选0.2至0.55wt.％的锰，以及最高达0.3wt.％，优选0.05至0.15wt.％的硅。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的粉状铝合金，其特征在于，其具有在0.1至500μm的范围内，优选至少1和/或至多200μm，特别优选至少10和/或至多80μm的平均颗粒尺寸d50。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的粉状铝合金，其特征在于，其具有含量小于0.2wt.％，优选小于0.1wt.％和更优选小于0.05wt.％的金属硼化物、金属氮化物和金属碳化物。

8.一种用于生产权利要求1至5中任一项所述的粉状铝合金的方法，其特征在于，所述方法包括在>850℃且优选>1050℃的温度下雾化液态合金的步骤，或机械合金化的步骤，以及任选的后处理步骤。

9.一种用于生产三维物体的方法，其中所述物体是通过逐层施加构建材料并选择性地固化构建材料来产生，特别是通过在每层位置处提供辐射能量，所述位置与所述层中物体横截面相关联，优选通过使用至少一个曝光区域扫描所述位置，特别是能量束的辐射曝光区域，或者通过在辐射曝光区域中引入构建材料并将其熔化并将其施加到基底上，其中所述构建材料包括并且优选由权利要求1至7中任一项所述的粉状铝合金或相应的丝状铝合金组成。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，预热所述粉状铝合金，优选到至少100℃的温度，更优选至多400℃的温度。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其中所生产的三维物体经受热处理，优选在400℃至500℃的温度下，和/或在20至200min的时间段内进行。

12.使用粉状铝合金生产的三维物体，特别是根据权利要求8所述的方法生产的粉状铝合金，其特征在于，所述粉状铝合金是权利要求1至7中任一项所述的铝合金，并且其中三维物体包括或由这种铝合金组成。

13.根据权利要求12所述的三维物体，其特征在于，其具有至少400MPa和/或至多550MPa，优选至少440MPa，特别优选在460至500MPa的范围内的屈服强度和/或450MPa，优选至少470MPa和/或至多550MPa，特别优选在500至550MPa的范围内的拉伸强度。

14.执行根据权利要求9所述的方法的制造装置，其特征在于，所述装置包括激光烧结装置或激光熔化装置、加工室、支架、储存容器和涂布机，所述加工室设计为具有容器壁的开口容器，所述支架位于所述加工室中，其中所述加工室和所述支架能够在垂直方向上相互移动，所述涂布机能够在水平方向上移动，并且其中所述储存容器至少部分填充有权利要求1至7中任一项所述的粉状铝合金。

15.铝合金，所述铝合金具有含量为4至6wt.％的Cu，0.1至1.5wt.％的Mg和0.1至1wt.％的Ag，以及1.3至15wt.％的选自包括以下的M1组的金属：Mo、Nb、Zr、Fe、Ti、Ta、V和镧系元素，其中优选最高达99wt.％的合金缺失部分是铝，并且还优选最高达100wt.％的合金缺失部分是铝、锰、硅和氧。

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