CN116254443A - 一种铝合金粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝合金粉末及其制备方法和应用，属于金属粉末技术领域。解决现有铝合金粉末不能用于增材制造复杂结构汽车碰撞盒的问题。一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Sc≤0.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Er≤0.5%，Y≤0.5%，Sc+Er+Y：0~0.5%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。本发明可实现各种复杂结构铝合金汽车碰撞盒成型，无需热处理过程，工艺简单，加工周期短。

Description

一种铝合金粉末及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及金属粉末技术领域，尤其涉及一种铝合金粉末及其制备方法和应用。

背景技术

随着汽车、航空航天、电子通信等领域用散热零部件都趋向于小型化和轻量化，对其制造材料的导热性及其制备工艺提出了更高的要求。目前铝合金作为轻金属材料，以其优良的物理、化学和力学性能，在航空航天、高速列车、轻型汽车、电子、国防军事、建筑等领域获得广泛应用，其中汽车碰撞盒是其重要应用之一。

铝合金是汽车碰撞盒的主要应用材料，一般通过板坯冲压成型，但是冲压成型只能完成汽车碰撞盒简单结构，如四边形、六边形或者八边形结构的成型，难以成型复杂结构汽车碰撞盒；且通过冲压成型工艺，在成型多边结构铝合金碰撞盒过程中，边角容易开裂，对冲压参数要求严格，需要经历制模、冲压、退火、酸洗，硬化，热处理等工艺流程，工艺相对繁琐，能耗大且厂房占地面积大，周期较长。

增材制造技术可以粉末为原料，通过建立三维模型并切片实现逐层成型自由成型，是成型复杂形状构件最好的途径，目前针对铝合金材料增材制造，使用的粉末材料比较固定，一般为AlSi10Mg、AlSi7Mg、AlSi12等铝硅合金居多，由于有较好的焊接性能，增材制造工艺比较成熟，但由于AlSi系列合金力学性能不高，导致增材制造的零件力学性能也不足，不能满足汽车碰撞盒的性能要求，因此需要对铝合金粉末材料进行改进，使其可应用于增材制造汽车碰撞盒，成型复杂结构的汽车碰撞盒，同时满足其性能要求。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种铝合金粉末及其制备方法和应用，用以解决至少以下技术问题之一：1、现有铝合金汽车碰撞盒制作工艺难以成型复杂结构汽车碰撞盒；2、现有铝合金汽车碰撞盒制作工艺流程繁琐，周期长；3、现有铝合金粉末不能用于增材制造成型汽车碰撞盒。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种铝合金粉末，所述铝合金粉末成分以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Sc≤0.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Er≤0.5%，Y≤0.5%，Sc+Er+Y：0~0.5%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

进一步地，所述铝合金粉末成分以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

本发明还提供了一种铝合金粉末制备方法，用于制备上述铝合金粉末，包括以下步骤：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末。

进一步地，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：

S21：将称好的Al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；

S22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。

进一步地，所述步骤S21中，加热速率5~20℃/s，加热温度700~850℃，保温时间0.5-2h。

进一步地，所述步骤S22中，搅拌转速200-500r/min，浇注温度700~850℃，浇注合金流量5~10Kg/min。

进一步地，步骤3中，所述雾化制粉通过氩气雾化法完成，雾化压力为1.5~4.5MPa，雾化温度为700~850℃。

进一步地，步骤4中，所述预合金粉末的尺寸为15~105μm，粉末形状为近球形或球形。

进一步地，步骤5中，所述真空干燥的烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h。

本发明的上述铝合金粉末或者根据上述铝合金粉末制备方法得到的铝合金粉末可以应用于增材制造工艺成型汽车碰撞盒。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明的铝合金粉末，可以通过增材制造工艺成型各种复杂结构铝合金汽车碰撞盒，满足不同车型对碰撞盒的结构需求；成型过程无需热处理过程，工艺简单，实现汽车碰撞盒减重的同时极大地缩短了汽车碰撞盒的加工周期，降低了设备需求；与现有冲压技术成形铝合金汽车碰撞盒相比，加工周期由1个月以上缩短为一周。

2、本发明的铝合金粉末，用于增材制造工艺成型汽车碰撞盒，获得的汽车碰撞盒的抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥200MPa，延伸率≥20%，有较好的强韧性。

3、本发明的铝合金粉末，用于增材制造工艺成型汽车碰撞盒，获得的单个汽车碰撞盒吸收能≥4KJ，较冲压成型的铝合金碰撞盒吸收能更高。

4、现有铝合金粉末通过冲压成型获得的铝合金汽车碰撞盒在成型过程中，边角容易开裂，成材率相对较低，本发明的铝合金粉末，通过增材制造工艺成型铝合金汽车碰撞盒，成材率基本为100%，极大地提高了铝合金汽车碰撞盒的成材率。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件；

图１为本发明实施例1铝合金汽车碰撞盒形状示意图；

图2为本发明实施例1铝合金汽车碰撞盒微观组织图；

图3为本发明实施例3铝合金汽车碰撞盒形状示意图；

图4为本发明对比例1铝合金汽车碰撞盒微观组织图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种铝合金粉末，成分按质量百分比计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Sc≤0.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Er≤0.5%，Y≤0.5%，Sc+Er+Y：0~0.5%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

现有铝合金粉末不能用于增材制造复杂结构的汽车碰撞盒，本发明的铝合金粉末，可以应用于增材制造工艺实现各种复杂结构铝合金汽车碰撞盒的成型，满足不同车型对碰撞盒的结构需求；通过本发明的铝合金粉末，用于增材制造工艺成型的汽车碰撞盒的抗拉强度≥220MPa，屈服强度≥200MPa，延伸率≥20%，获得的单个汽车碰撞盒吸收能≥4KJ，有较好的强韧性，同时成型过程无需热处理过程，工艺简单，实现汽车碰撞盒减重的同时极大地缩短了汽车碰撞盒的加工周期，降低了设备需求；与现有冲压技术成形铝合金汽车碰撞盒相比，加工周期由1个月以上缩短为一周。

对本发明中铝合金粉末成分配比限定理由进行说明，以下仅用%表示组成中的质量百分比：

Mg：与硅元素形成强化相，可提高强度和屈服极限，提高了铝合金的切削加工性，但是在熔炼过程易于氧化烧损；Mg含量过高，会有未溶相形成，Mg含量过低，强化效果不足，合金性能不高；Mg含量控制在2.5~4.5%范围内。

Zr：变质元素，促进等轴晶的形成，降低铝合金打印开裂倾向，当含量低于0.15%无法改性铝合金的打印成形性，超过1.65%后对铝合金的打印成形性改善有限，显著提高铝合金的密度；因此，Zr含量控制在0.15~1.65%。

Mn：提高铝合金的屈服强度及溃缩吸能效果，Mn含量每增加0.1%，合金的强度提高5~7MPa，锰含量过多时，会形成粗大的硬脆Al₆Mn相，损害铝合金的韧性；综合考虑汽车碰撞盒的强度和韧性，Mn含量控制在0.51~2.0%，本发明中Mn元素的含量相对较低，且成型方法没有热处理过程，因此基本是不存在损害铝合金韧性的Al₆Mn相。

Si：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而减少Zr及Sc的添加，并提高铝合金的焊接性能及强度，含量过低无法改善其打印性能，含量过高会导致Si沿着晶界网状析出，影响材料的韧性，需要通过热处理予以消除，增加工艺流程；因此，Si含量控制在0.1~1.5%。

Sc：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而使铝合金兼具良好的成形性，超过0.5%后使得铝合金的强度过高，无法与防撞梁的强度相匹配，且会增加材料成本；因此，Sc含量控制在≤0.5%。

Zn：提高铝合金的耐蚀性能，通常将其含量控制在0.5%以下。

Ti：脱氧元素，控制铝合金的氧含量，含量过高容易析出脆性相，通常将其含量控制在0.5%以下。

Fe：提高铝合金的再结晶温度及合金的强度，但含量过高会损害合金的耐蚀性能及机械性能，通常将其控制在0.4%以下。

Er+Y：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而使铝合金兼具良好的成形性，超过0.5%后提升铝合金的成形性效果不明显；因此，Er+Y含量控制在≤0.5%。

Mg+Mn：Mg元素和Mn元素的协同作用可以提升铝合金的强塑性匹配性能，提升铝合金的屈服强度，使得成型过程无需热处理便可满足铝合金的屈服强度要求，含量低于3.00%，对铝合金的强塑性匹配性能和屈服强度的提升不明显，无法满足要求；含量高于5.5%，则会对铝合金的韧性产生损害，综合考虑，Mg+Mn含量控制在3.0~5.5%。

优选地，所述铝合金粉末成分，以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

优选地，所述铝合金粉末成分，以质量百分数计为：Mg：3.0~3.5%，Zr：0.15~1.2%，Mn：0.6~0.74%，Si：0.5~0.8%，Sc≤0.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Er≤0.5%，Y≤0.5%，Sc+Er+Y：0~0.5%，Mg+Mn：4.10~4.24%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

本发明还提供了一种铝合金粉末的制备方法，用于制备上述铝合金粉末，包括以下步骤：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和/或合金铸锭，获得预合金铸锭；

步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末。

具体的，步骤1中，按照成分配比称取纯金属铸锭和/或合金铸锭，所述纯金属锭包括Al锭，Mg锭、Zr锭、Mn锭、Zn锭、Ti锭、Er锭、Sc锭和Y锭；合金铸锭包括Al-Mg中间合金、Al-Si中间合金、Al-Mg-Si中间合金、Al-Sc中间合金、Al-Zn中间合金和Al-Ti中间合金，备用。

具体的，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：

S21：将称好的Al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；

S22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。

具体的，步骤S21中，以5~20℃/s的加热速率对Al锭进行加热，当炉内温度达到700~850℃时停止加热，保温时间0.5-2h，在该温度范围内，Al锭完全熔化处于液体状态。

具体的，步骤S22中，按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金铸锭完全熔化后，首先加入六氯乙烷除气，之后通过电磁搅拌，转速200-500r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30-40min后开始浇注，浇注温度700~850℃，浇注合金流量5~10Kg/min。

具体的，步骤3中，雾化制粉可以通过氮气雾化法、氩气雾化法，等离子旋转雾化法等实现；优选地，通过氩气雾化法完成雾化制粉，雾化压力为1.5~4.5MPa，雾化温度为700~850℃。

具体的，步骤4中，将预合金粉末通过100~1000目的筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末，预合金粉末的尺寸为15~105μm，粉末形状为近球形或球形，从而可以保证粉末的流动性；优选地，预合金粉末的尺寸为15~53μm。

具体的，步骤5中，在真空烘箱中，对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理，得到铝合金粉末，烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h；烘干温度过高，烘干时间过长会导致粉末表面氧化严重，烘干温度过低，时间过短，则无法完全去除粉末的水分，影响粉末的烧结活性。

通过上述制备方法得到的铝合金粉末，可以用于增材制造工艺，成型复杂结构的汽车碰撞盒。优选的，一般通过选择性激光熔化（SLM）将铝合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状。增材制造参数为：扫描功率为190-350W，扫速为200~800mm/s，铺粉厚度为0.01-0.05mm，扫描间距为0.05-0.1mm。对选择性激光熔化设备的基板进行预热，预热温度为25-350℃，主要目的是促进铝合金等轴晶形核，减小铝合金打印开裂倾向。去除用于增材制造的基板后，还可以对获得的铝合金汽车碰撞盒进行2~3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒；对于表面光洁度没有特殊要求的，喷砂处理过程可省略。需要强调的是，本发明的铝合金粉末用于制造汽车碰撞盒，成型过程无需对铝合金粉末进行热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒；且工艺简单，实现汽车碰撞盒减重的同时极大地缩短了汽车碰撞盒的加工周期，降低了设备需求；与现有冲压技术成形铝合金汽车碰撞盒相比，加工周期由1个月以上缩短为一周。

使用本发明的铝合金粉末，通过增材制造工艺成型的铝合金汽车碰撞盒无裂纹，微观组织形貌为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布；本发明中铝合金的双峰晶粒分布主要与Zr有关，在打印过程中，Al₃Zr，Al₃(Sc,Zr)等粒子在熔池边界析出，提供了形核位点，促进了等轴晶粒的形成，这种晶粒分布可以提高合金的强度，抑制裂纹的扩展；结合Mg元素和Mn元素的协同作用可以提升铝合金的强塑性匹配性能，提升铝合金的屈服强度，使得本发明的铝合金粉末在成型过程无需热处理便可满足铝合金的屈服强度要求，适用于增材制造成型复杂结构铝合金汽车碰撞盒。

我国汽车碰撞盒力学性能通常要求为：抗拉强度220~400MPa，屈服强度200~300MPa,延伸率≥12%，本发明的铝合金粉末应用于增材制造成型的铝合金碰撞盒抗拉强度为280~380MPa，屈服强度为240~310Mpa，延伸率≥21%，优于我国汽车行业对碰撞盒的性能要求；同时单个碰撞盒吸收能≥4KJ，可满足低速碰撞吸能要求。

实施例1

一种铝合金粉末，以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：1.2%、Mn：0.74%、Si：0.5%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭及Al-Si锭，共计12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5MPa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：汽车碰撞盒的形状如图1所示，该结构为一种近似负泊松结构，可明显提高吸收能，减轻装置的质量；该结构在增材制造成型过程中，无需设计支撑结构；该结构的数值参数为

，孔的内径为3mm，外径为3.8mm，重量约为250g。

选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W, 扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织形貌为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布，如图2所示。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为330MPa，屈服强度为260MPa，延伸率为26.5%，单个汽车碰撞盒吸收能为4.5KJ。

实施例2

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：0.15%、Mn：0.6%、Si：0.8%、Sc：0.25%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭、Al-Si锭及Al-Sc锭，共计15Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1.5h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量6Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5MPa，雾化温度为760℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：形状和实施例1相同，选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W, 扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行2次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为380MPa，屈服强度为275MPa，延伸率为30%，单个汽车碰撞盒吸收能为5.5KJ。

实施例3

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：0.15%、Mn：0.6%、Si：0.8%、Sc：0.25%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭、Al-Si锭及Al-Sc锭，共计15Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1.5h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量6Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5MPa，雾化温度为760℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：形状如图3所示，该结构的内部结构为蜂窝结构，外部为四面体，内部由正六边形连接而成，其外接圆的半径分别为5mm和5.4mm，外部边长为

，壁厚为1mm，总质量为70g；选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行2次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为380MPa，屈服强度为275MPa，延伸率为30%，单个汽车碰撞盒吸收能为4.4KJ。

实施例4

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：1.2%、Mn：0.74%、Si：0.5%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭及Al-Si锭，共计12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率20℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量10Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为3MPa，雾化温度为780℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：碰撞盒结构同实施例1一致；选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为250W, 扫速为800mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为310MPa，屈服强度为255MPa，延伸率为25%，单个汽车碰撞盒吸收能为4.3 KJ。

实施例5

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：1.2%、Mn：0.74%、Si：0.5%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭及Al-Si锭，共计12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率20℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1.5h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速400r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静40min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量8Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为3MPa，雾化温度为780℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：碰撞盒结构同实施例1一致；选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为220W, 扫速为200mm/s，铺粉厚度为0.01mm, 扫描间距为0.05mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为355MPa，屈服强度为265MPa，延伸率为30%，单个汽车碰撞盒吸收能为5.4 KJ。

实施例6

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.0% 、Zr：1.25% 、Mn：1.2% 、Si：0.1% 、Fe：0.04%、Ti：0.01% 、Er：0.25% 、Y：0.15%、Er+Y：0.4%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭，Er锭、Y锭及Ti锭，共计 12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5MPa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：汽车碰撞盒的形状如图1所示，该结构为一种近似负泊松结构，可明显提高吸收能，减轻装置的质量；该结构在增材制造成型过程中，无需设计支撑结构；该结构的数值参数为

，孔的内径为3mm，外径为3.8mm，重量约为250g。

选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W, 扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本实施例的铝合金粉末无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。

本实施例的铝合金粉末，用于增材制造，制备获得的铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为350MPa，屈服强度为 260MPa，延伸率为 26 %，单个汽车碰撞盒吸收能为4.5KJ。

对比例1

本对比例所用的铝合金为：牌号5083的传统铝合金，成分配比以质量百分数计为：Mg：4.78%、Mn：0.73%、Si：0.02%、Fe：0.03%、Ti：0.005%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭及Al-Si锭，共计12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5MPa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：碰撞盒结构同实施例1一致；选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W, 扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本对比例不含Zr元素，Mg及Si元素含量和Mg+Mn的含量不符合本发明的要求，用于增材制造汽车碰撞盒，合金组织有部分微裂纹，如图4所示，抗拉强度为257MPa，屈服强度为163MPa，延伸率为10%，不满足汽车碰撞盒的性能要求。

对比例2

一种铝合金粉末，成分以质量百分数计为：Mg：3.5%、Zr：1.2%、Mn：0.74%、Si：0.5%、Fe：0.03%、Ti：0.02%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

通过以下步骤制备：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭及合金锭；

按照成分配比，称取纯度为99%以上的Al锭、Mg锭、Zr锭、Mn锭、Ti锭及Al-Si锭，共计12Kg。

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

S21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700~850℃后停止加热，保温1h。

S22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速100r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度680℃，浇注合金流量15Kg/min，获得预合金铸锭。

步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为1MPa，雾化温度为680℃，获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的尺寸为15~53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末；烘干温度为100℃，烘干时间为6h。

将制备得到的铝合金粉末，通过选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺成型为铝合金汽车碰撞盒：汽车碰撞盒的形状同实施例1。选择性激光熔化（SLM）增材制造工艺参数为：扫描功率为200W, 扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm, 扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒。

本对比例铝合金粉末成分配比同实施例1，但制备过程中部分工艺参数不符合本发明制备方法要求，将其用于增材制造汽车碰撞盒，抗拉强度为300MPa，屈服强度为250MPa，延伸率为22%，单个汽车碰撞盒吸收能为4.0KJ，虽然满足汽车碰撞盒性能，但性能明显低于本发明制备方法所制备的铝合金粉末成型的汽车碰撞盒。

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以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末成分以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Sc≤0.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Er≤0.5%，Y≤0.5%，Sc+Er+Y：0~0.5%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末成分以质量百分数计为：Mg：2.5~4.5%，Zr：0.15~1.65%，Mn：0.51~2.0%，Si：0.1~1.5%，Zn≤0.5%，Ti≤0.5%，Fe≤0.4%，Mg+Mn：3.0~5.5%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

3.一种铝合金粉末制备方法，用于制备权利要求1或2所述的铝合金粉末，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：按照铝合金成分配比称取纯金属铸锭和/或合金锭；

步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；

步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；

步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；

步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理，获得铝合金粉末。

4.根据权利要求3所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：

S21：将称好的Al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于

时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；

S22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。

5.根据权利要求4所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，所述步骤S21中，加热速率5~20℃/s，加热温度700~850℃，保温时间0.5-2h。

6.根据权利要求4所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，所述步骤S22中，搅拌转速200-500r/min，浇注温度700~850℃，浇注合金流量5~10Kg/min。

7.根据权利要求3所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，步骤3中，所述雾化制粉通过氩气雾化法完成，雾化压力为1.5~4.5MPa，雾化温度为700~850℃。

8.根据权利要求3所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，步骤4中，所述预合金粉末的尺寸为15~105μm，粉末形状为近球形或球形。

9.根据权利要求3所述的铝合金粉末制备方法，其特征在于，步骤5中，所述真空干燥的烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h。

10.根据权利要求1或2的铝合金粉末或者根据权利要求3-9任一项所述铝合金粉末制备方法得到的铝合金粉末在增材制造工艺成型汽车碰撞盒中的应用。

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