[发明专利]一种基于选择性激光熔化成形技术的高强度2000系铝合金制备方法

说明书

本发明公开了一种基于选择性激光熔化成形技术的高强度2000系铝合金制备方法；其中，一种基于选择性激光熔化技术的高强度2000系铝合金制备方法，其包括，称取原料进行熔炼；雾化制粉后筛分；保温处理，得到金属粉末；用所述金属粉末进行3D打印；再热处理，即得高强度2000系铝合金产品；以质量百分比计，所述原料的成分及含量为，Cu：2～8％、Li：0.5～2％、Mg：0.2～2％、Zr：1～3％、Ti：0.4～1.8％，余量为Al。本发明通过对传统2000系铝合成分进行优化，成本低，形成固溶强化、弥散强化、细晶强化，提高铝合金的强度，开发出3D打印Al‑Cu‑Li合金粉末，且其打印件经热处理后各项力学性能优异。

技术领域

本发明属于选择性激光熔化成形技术领域，具体涉及一种基于选择性激光熔化成形技术的高强度2000系铝合金制备方法。

背景技术

基于金属的增材制造，也称为3D打印(本专利中特制激光选区熔化、激光熔化沉积两种工艺)，是一个潜在的跨越多个行业的颠覆性技术，包括航空航天、生物医学和汽车行业。这是由于：第一，3D打印一层一层地构建金属部件，增加了设计自由度和制造灵活性，从而实现复杂的几何形状。这种分层的方法在复杂结构和薄壁构件的集成成型方面具有独特的优势，省去了焊接和铆接工序，不需要模具，缩短了设计和生产时间，促进产品的定制开发，缩短产品的上市时间，同时消除了传统的规模经济约束。第二，3D打印零件具有良好的质量和性能。激光快速移动，熔池的冷却速度达到10³-10⁸K/s。这种快速的冷却速度抑制了晶粒的生长和合金元素的分离，形成细小均匀的组织，显著提高了强度和韧性。非平衡凝固过程增加了基体中合金元素的固溶极限，可能产生新的亚稳态甚至非晶相。

将传统锻造牌号铝合金经气雾化制成粉末面临以下几个挑战：(1)目前传统牌号的铝合金只有4000系铝合金适合于3D打印，成型性能较好，但是力学性能不高(拉伸＜400MPa，延伸率＜6.5％)。(2)2000系铝合金综合性能较好，强度高，有一定的耐热性、耐蚀性、冲压性，热处理强化效果显著。但是由于较大的液相线与固相线间距，可焊性较差，导致合金中极易产生热裂纹，极大限制了该系合金的进一步工业化应用。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。本发明提出在2000系铝合金中添加Zr元素，形成Al₃Zr相，细化基体组织，减少甚至消除2000系铝合金的热烈现象，并进一步增强基体强度。本发明的3D打印制备的2000系铝合金无裂纹、致密度高、成本低，通过最佳的热处理工艺后力学性能优越。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种基于选择性激光熔化成形技术的高强度2000系铝合金制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于选择性激光熔化技术的高强度2000系铝合金制备方法，其包括，称取原料进行熔炼；雾化制粉后筛分；保温处理，得到金属粉末；用所述金属粉末进行3D打印；再热处理，即得高强度2000系铝合金产品；以质量百分比计，所述原料的成分及含量为，Cu：2～8％、Li：0.5～2％、Mg：0.2～2％、Zr：1～3％、Ti：0.4～1.8％，余量为Al。

作为本发明所述的基于选择性激光熔化技术的高强度2000系铝合金制备方法的优选方案，其中：元素质量分数比例为：所述Cu、所述Li与所述Ti的数量关系为Cu/Li≥4和/或2≤Cu/Ti≤12。

作为本发明所述的基于选择性激光熔化技术的高强度2000系铝合金制备方法的优选方案，其中：所述Cu、所述Li与所述Ti的数量关系为Cu/Li≥5和/或3≤Cu/Ti≤10。