[发明专利]用于增材制造轻质构件的铝合金和方法

说明书

本发明涉及一种由铝、钛、钪和锆和可选的一种、两种或多种其他金属构成的合金，所述合金选自铪、钒、铌、铬、钼、硅、铁、钴、镍和钙。铝合金适合于增材制造用于飞行器的轻质构件。在第一步骤中，将根据本发明的铝合金的粉末通过增材制造，如在L‑PBF法(激光粉末床熔化)中的激光熔化，制造轻质构件前体，所述轻质构件前体因激光熔体的快速凝固而包含呈固熔体形式的钛、钪和锆。在第二步骤中，将轻质构件前体通过在250℃至400℃中的次级相的析出来硬化成轻质构件。获得具有高的强度的3D打印的轻质构件。

技术领域

本发明涉及一种铝合金、一种用于利用由这种铝合金构成的粉末增材制造轻质构件的方法和通过所述方法制造的轻质构件。

背景技术

铝合金是对于制造用于飞行器的轻质构件而言重要的材料。飞行器的总重量与降低实现燃料成本的降低，所述总重量的降低与将这些轻质构件装入飞行器中相关联。为此，可用的铝合金必须在飞行安全方面附加地具有高的抗拉强度、延展性、韧性和耐腐蚀性。

在飞行器制造中可使用的铝合金的实例是名称为AA2024、AA7349和AA6061的合金。所述合金除基本金属外包含铝、镁和铜作为主要的合金成分并且还必须或可选地包含锰、锆、铬、铁、硅、钛和/或锌。

含有钪的铝合金是重大的改进，所述铝合金例如能够以产品名称从APWorks有限公司获得。所述铝合金具有比上文中提及的合金更高的强度、延展性和耐腐蚀性。在所有过渡金属中，钪通过Al₃Sc的析出硬化表现出强度的最大提高。然而，由于钪在铝中的低的溶解度(在约660℃下约为0.3重量％)，必须通过熔体的快速凝固，如熔体纺丝(“melt spinning”)和随后的析出硬化来制造以在铝基质中形成次级的Al₃Sc析出。

有关的更多信息请参阅出版物“-A unique highstrength and corrosion insensitive AlMgScZr material concept”(A.J.Bosch、R.Senden、W.Entelmann、M.Knüwer、F.Palm，“第11次国际铝合金会议的会议记录：“Aluminum Alloys:Their physical and mechanical properties”，J.Hirsch、G.Gottstein、B.Skrotzki、Wiley-VCH)和“Metallurgical peculiarities in hyper-eutectic AlSc and AlMgSc engineering materials prepared by rapidsolidification processing”(F.Palm、P.Vermeer、W.von Bestebostel、D.Isheim、R.Schneider(出处同前)。

根据图1的表1示出上面给出的铝合金的化学组成，所述铝合金能够用于制造用于飞行器的轻质构件。

的另一优点在于，其适合于增材制造轻质构件。除了诸如电弧丝堆焊(英文WAAM＝“Wire Arc Additive Manufacturing”)的方法以外，尤其适合于激光粉末床熔化。所述增材制造法在下文中也称作为L-PBF法(L-PBF＝“Laser Powder BedFusion”)。对于所述方法可用的合金的数量是受限制的。根据WO 2018/144323，在L-PBF法中借助于合金AlSi10Mg、TiAl6V4、CoCr和Inconel 718可以进行可靠的增材制造，而现今使用的大数量的多于5500种的合金对于L-PBF法或3D打印是不可用的。

发明内容

本发明的目的是，提供一种改进的铝合金，其适合于例如在L-PBF法中以足够快的冷却速度进行的增材制造。

所述目的通过根据本发明的铝合金实现。有利的设计方案在下文中描述。

根据第一方面，本发明实现包含如下合金成分的铝合金：

-份额为0.1重量％至15.0重量％的Ti，