[发明专利]一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法

说明书

本发明公开了一种导热强化Al‑Si系合金材料及其激光增材成形方法，属于激光增材成形技术领域，解决了现有Al‑Si系合金材料激光增材成形工艺适应性差，得到的成品质量差的技术问题。本发明公开了一种导热强化Al‑Si系合金材料的激光增材成形方法，该方法采用成分为3.5～6.5wt％的Si、0.25～0.45wt％的Mg、0.35～0.55wt％的Fe、余量为Al的导热强化Al‑Si系合金粉末，进行激光选区熔化成形，获得了一种导热强化Al‑Si系合金材料，具备完全替代传统6063铝合金材料的可行性，同时利用激光增材制造的技术优势，可形成超轻量化、高效导热多功能集成航天结构制造能力。

技术领域

本发明属于激光增材成形技术领域，具体涉及一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法。

背景技术

新一代弹载、宇航领域航天器装备表现出了极端轻量化、力-热高功能密度集成等典型技术特征，导致结构研制过程存在苛刻轻量化与多功能集成的矛盾。以新一代航天装备中典型的热控功能结构为例，采用了复杂内流道/空腔的一体化设计方法，具备异形、复杂、中空的结构特征，激光增材技术是实现此类结构一体化成形的最理想技术途径。当前热管理结构应用的高导热材料以6063变形铝合金为主，该材料室温下的导热系数约为200W/(m·K)。但6063变形铝合金凝固区间较大、熔池流动性较差，在选区激光熔化过程中液态熔池凝固时由于补缩能力不足，容易形成大量凝固裂纹缺陷。具有较高Si含量的铝合金选区激光熔化成形工艺性良好，如AlSi₁₀Mg，但Si含量增加导致其导热系数降低至150W/(m·K)，又无法满足新一代高效热管理结构的使用要求。解决当前材料的热学性能-成形工艺性之间矛盾，获得适用于选区激光熔化成形工艺铝合金材料设计路径，解决当前新一代航天器先进热管理结构研制难题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种导热强化Al-Si系合金材料及其激光增材成形方法，用以解决现有AlSi₁₀Mg合金导热性能不满足工程应用、6系铝合金激光增材成形工艺适应性差等问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种导热强化Al-Si系合金材料的激光增材成形方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：进行导热强化Al-Si系合金粉末的制备，所述导热强化Al-Si系合金粉末的成分包括：以质量百分比计，3.5～6.5wt％的Si、0.25～0.45wt％的Mg、0.35～0.55wt％的Fe、余量为Al；

步骤2：选用激光增材成形方法对上述导热强化Al-Si系合金粉末进行成形；所述激光增材成形方法采用层与层连续叠加，最终形成导热强化Al-Si系合金材料预构件；所述激光增材成形方法的激光功率为350W～370W、激光扫描速度为1100mm/s～1200mm/s、激光扫描光斑间距为0.17mm～0.19mm；

步骤3：对形成的导热强化Al-Si系合金材料预构件进行后处理，得到一种导热强化Al-Si系合金材料。

进一步地，步骤1中，采用气雾化工艺进行导热强化Al-Si系合金粉末的制备。

进一步地，步骤1中，所述导热强化Al-Si系合金粉末的粒径为15um～53um。

进一步地，步骤2中，激光增材成形方法过程中，每个层的层高为0.03mm。

进一步地，步骤3中，所述后处理包括固溶和时效热处理。

进一步地，所述固溶和时效热处理的工艺参数为：在525～535℃下保温0.25～5h后，水冷至室温，然后在160～180℃下保温10～12h，空冷至室温。

本发明还公开了采用上述一种导热强化Al-Si系合金材料的激光增材成形方法成形得到的导热强化Al-Si系合金材料。