[发明专利]一种用于增材制造的Al-Cu-Li-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及一种用于增材制造的Al‑Cu‑Li‑Sc‑Zr铝合金粉末的制备方法，其包括以下步骤：向中频炉内的坩埚中加入纯铝锭，并对铝锭进行预热；将熔炼室的温度升高至700‑850℃，纯铝熔化开始后向熔炼室通入氩气，使熔炼室压力为0.6‑0.9MPa；使坩埚内熔体温度达到1150‑1300℃，加入纯铜锭、纯锆，保温15‑25min；调高坩埚降温至800‑900℃，熔炼室压力调节至0.3‑0.7MPa，加入Al‑Sc中间合金，待中间合金熔化完全后，保温5‑15min；使坩埚内熔体温度降低至700‑790℃，熔炼室压力调节至0.05‑0.15MPa，加入纯锂；待纯锂完全熔化后，将坩埚保持在780‑820℃；采用气雾化制粉方式进行制粉。相比于现有的用于增材制造的铝合金粉末，本申请的铝合金粉末具有较好地理学性能，同时制备工艺简单，制备成本低廉，对铝合金的增材制造具有重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种用于增材制造的Al-Cu-Li-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法，属于增材制造用粉末制备技术领域。

背景技术

增材制造技术是快速成型技术的一种，它是一种以三维模型为基础，运用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过逐层扫描，层层堆垛的方式来构造出立体三维零件的技术。该技术结合了CAD/CAM、光学、数控及材料科学等各类学科，应用领域非常广泛，在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等都有应用前景。

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，不能满足目前对铝合金增材制造零件高强度的要求。近期许多研究机构也开展了高强铝合金粉末的研发，Al-Sc合金体系也是研发重点，但由于Sc价格高，粉末产品成本大幅提高。因此需要研发新型铝合金粉末材料，在适用于增材制造的同时，力学性能有所提高，同时还要控制成本，使得材料能够推广应用。

在增材制造用高强铝合金粉末研发过程中，进行合金化设计提高材料性能，使得该材料体系在适于雾化制粉形成粉末的同时，在增材制造过程中有较好的焊接性能，合金元素能显著提高材料力学性能。

专利文献1（公开号：CN107502795A）公开了一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料及其制备方法，其通过对传统牌号如5XXX系列铝合金当中添加Sc、Zr等元素，使用合金元素对材料进行强化，达到增强合金性能的目的。在常规铝合金牌号中添加Sc、Zr能够提高材料增材制造的性能，但在目前的气雾化制粉工艺下，5XXX系铝合金在15-53μm段的收得率基本在30%左右，进口的制粉设备能接近40%，材料整体成本升高会导致材料价格偏高，不利于产品推广。并且5XXX系铝合金力学性能不高，虽然添加了Sc、Zr能提升材料性能，但存在限制，很难突破500MPa。

专利文献2（公开号：CN108330344A）公开了一种3D打印7xxx铝合金及其制备方法，通过对传统牌号如7XXX系铝合金当中额外添加Si元素，通过Al-Si共晶相生成提高合金焊接性能，使得原本不适用于增材制造的7XXX系铝合金能够在增材制造过程中成型且无裂纹产生。Si元素虽然能提升铝合金的焊接性能，提高材料增材制造成型能力，但由于Si元素的添加使得合金力学性能大幅下降，该方案下7XXX系铝合金强度由600MPa以上降低到300MPa，强度低于AlSi10Mg打印强度，应用价值较低。

发明内容

为了提高适用于增材制造的铝合金的强度，本发明提供一种用于增材制造的Al-Cu-Li-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法，具体技术方案如下。

一种用于增材制造的Al-Cu-Li-Sc-Zr铝合金粉末，其特征在于：该铝合金的质量百分数组成为Cu：1.0%-6.0%，Li：0.5%-3%，Sc：0.1%-2.0%，Zr：0.05%-1.0%，其余为Al及不可去除的杂质元素。

进一步优选方案为：所述铝合金粉末的Sc和Zr元素质量百分数比例为2:1。