[发明专利]一种制备耐热铝合金的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属制造领域，尤其涉及一种制备耐热铝合金的方法。

背景技术

质量轻、强度高的结构材料是航空航天工业一直追求的目标。先进空间飞行器需要有低密度、高比强、高比刚的轻质结构材料与之相匹配，以进一步提高飞行速度和承载能力。

Al-Fe-V-Si系耐热铝合金具有低密度、高比强度和比刚度，良好的室温和高温强度，是有潜力代替目前使用在150℃-400℃范围内的钛合金和耐热钢的新型耐热结构材料，在航空航天工业中有着广阔的应用前景。Al-Fe-V-Si合金优异的综合性能是由于合金内部析出的纳米级别、热稳定性能优异的弥散强化相Al₁₂(Fe,V)₃Si。此析出相呈球形形态，与Al基体共格，耐热性能好，高温下具有较低的粗化率，425℃下约为10-27m³/h。为了快速获取性能优良、几何形状复杂的Al-Fe-V-Si合金件，制备工艺十分重要。目前，Al-Fe-V-Si系合金的主要采用平流铸造，快速凝固/粉末冶金和喷射沉积等传统快速凝固方法。然而，采用这上述工艺制备难以直接制备形状复杂的结构件(复杂曲面、冷却通道或内孔结构)，一般需要后续热压、热挤压、热等静压或锻造处理，零件制备的周期较长、生产成本高、生产效率低。不仅如此，后续高温热加工过程(热挤压、锻造等)容易造成合金基体晶粒长大和弥散强化相的粗化行为，从而降低合金的机械性能。上述不足限制了Al-Fe-V-Si系合金构件的进一步广泛应用。因此，开发一种更加高效的制备Al-Fe-V-Si系耐热铝合金的方法无疑是至关重要的。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种制备耐热铝合金的方法，其不受零件几何形状的限制，所制备的合金件表面成形精度高，质量好，同时省去大量中间的热加工和后处理环节，可有效缩短研发与制造周期，提高生产效率，降低生产成本。

本发明的技术方案为：

一种制备耐热铝合金的方法，利用激光选区熔化设备制造Al-Fe-V-Si合金件，包括：

步骤一、将Al-Fe-V-Si预合金粉末装入所述激光选区熔化设备的铺粉机构内；

步骤二、根据待加工的Al-Fe-V-Si合金件的形状，建立三维模型，预设在高度方向上对三维模型进行分层切片处理的切片厚度，根据所述三维模型的每个切片的横截面轮廓信息，确定激光束对每个切片的扫描路径；

步骤三、将成形基板固定在可升降工作台上；

步骤四、利用所述铺粉机构按照所述切片厚度在所述成形基板上铺设一层所述预合金粉末，从而形成一个粉层；

步骤五、采用激光束依照扫描路径对当前粉层进行扫描，从而制成与所述三维模型的一个切片对应的沉积层；

步骤六、控制所述工作台下降至一个切片厚度的距离，通过所述铺粉机构在所述成形基板的沉积层上按照所述切片厚度再铺设一层所述预合金粉末，从而形成一个粉层；

步骤七、重复步骤五和步骤六，直至完成对Al-Fe-V-Si合金件的加工。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述Al-Fe-V-Si预合金化粉末为球形或近似球形，直径在20-55μm。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述步骤一中，所述Al-Fe-V-Si预合金化粉末为预先通过氩气雾化法制备得到。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述步骤二中，所述切片厚度为0.03～0.15mm。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述切片厚度为0.06mm。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述步骤五中，采用激光束依照扫描路径对当前粉层进行扫描时，用于发射激光束的激光器的成形参数设定为：功率为350～400W，扫描速度为800～1200mm/s，扫描间距为0.08～0.15mm，熔化次数为2-4次。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，用于发射激光束的激光器的成形参数设定为：激光器功率400W，扫描速度1000mm/s，扫描间距0.12mm，熔化次数3次。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述步骤五至所述步骤七在氩气保护气氛中进行。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述成形基板为厚度为10mm的纯Al成形基板。

优选的是，所述的制备耐热铝合金的方法中，所述Al-Fe-V-Si预合金化粉末为Al–11.5Fe–1.4V–2.3Si(重量百分比)合金。

本发明所述的制备耐热铝合金的方法的有益效果为：