[发明专利]选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法

说明书

本发明公开了一种选区激光熔化技术用Al‑Si‑Mg合金及其制件制备方法。所述Al‑Si‑Mg合金的成分为：6‑20wt％的Si，1‑4wt％的Mg，余量为铝。该合金制件的制备方法如下：首先将该合金气雾化制成球形粉末并过筛；然后建立制件及支撑体的三维模型，并将之切成厚度为0.02‑0.05mm的多层数据后导入选区激光熔化技术设备；在基板上铺一层所述合金粉末，然后用激光根据制件截面扫描粉末层，逐层扫描直至完成整个制件。本发明合金制件的最大屈服强度可超过450MPa，最大抗拉强度可超过600Mpa，达到高强铝合金的力学性能，适用于通过选区激光熔化技术制造力学性能要求较高的复杂铝合金结构件。

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，特别涉及一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法。

背景技术

Al-Si-Mg合金为铸造铝合金，具有成型性好、耐磨耐侵蚀性优异、热膨胀系数低、比强度高和导热性好等优点，在汽车及航空航天领域应用广泛。在铸造Al-Si-Mg合金中，硅的加入可大幅提升铝合金的流动性，增加铝合金的铸造性能，镁的加入可与硅形成Mg₂Si强化相。传统铸造Al-Si-Mg合金经后期固溶及时效处理后，可使Mg₂Si相在铝合金基体中弥散析出，起到析出强化的作用，增加铝合金的力学性能。但传统铸件在固溶处理过程中硅和镁在铝合金中的固溶度有限，导致后期时效处理过程中析出的Mg₂Si粒子数量受限，且固溶强化效果不明显，限制了Al-Si-Mg合金力学性能的进一步提升。现阶段，铸造Al-Si-Mg铝合金中镁的含量往往低于0.5(质量百分比)，其屈服强度低于250MPa，抗拉强度低于350MPa，力学性能远低于Al-Cu和Al-Zn系高强铝合金。

选区激光熔化技术(Selective laser melting，SLM)为增材制造(3D打印)技术的一种。在成型过程中，激光与粉末剧烈作用，金属粉末迅速熔化，当激光移开后，由于热源消失，金属熔体迅速凝固，其冷却速率可达10³-10⁶K/s，在此过程中，金属原子扩散受限，抑制了晶粒的长大和合金元素的偏析，凝固后的合金组织细小，元素分布均匀，能够大幅提高材料的强度和韧性。除此之外，由于熔池的快速凝固行为，可使Al-Si-Mg合金中硅和镁的固溶度得到大幅提升，从而在铝合金后期的时效热处理过程中够获得高浓度的Mg₂Si粒子，进而有效提高铝合金的强度。现阶段选区激光熔化成型Al-Si-Mg合金的成型性能优异，获得成型件的密度超过99％，其屈服强度约为200-320MPa，抗拉强度约为340-450MPa，远高于同成分的铸造Al-Si-Mg系铝合金。但现在选区激光熔化技术应用的铝合金成分仍以传统铸造合金成分为主，无法体现选区激光熔化技术的熔体急冷的工艺特性，且其力学性能还无法与传统高强铝合金相比。而现阶段Al-Cu和Al-Zn系高强铝合金的选区激光熔化成型性较差，力学性能也与Al-Si-Mg系铝合金相当。虽然选区激光熔化Al-Mg-Sc-Zr系铝合金成型性较好，力学性能也与高强铝合金媲美，但Sc价格昂贵，严重限制这一类铝合金的应用。因此，基于Al-Si-Mg铝合金体系，结合选区激光熔化技术熔体急冷的技术特性，设计选区激光熔化技术专用高强Al-Si-Mg铝合金具有重要的应用价值。

此外，受到工艺的限制，选区激光熔化技术所用粉末的粒径要求分布在15-60微米之间，这使得通过气雾化方法制备的合金粉末只能部分获得应用，其应用段粉末获得率不足40％，大大增加了选区激光熔化合金粉末的成本。因此，需要通过调节成分，提升15-60微米段铝合金粉末的获得率可大幅降低合金粉末的成本，有利于商业化应用。