[发明专利]选区激光熔化增材制造技术制备高强韧镁稀土合金的方法

说明书

本发明提供了一种选区激光熔化增材制造技术制备高强韧镁稀土合金的方法，包含如下步骤：A、通过气雾化的方法制备出Mg‑RE‑(Zn)‑Zr合金球形粉末；B、将Mg‑RE‑(Zn)‑Zr合金球形粉末进行选区激光熔化成型得到高强韧镁稀土合金；C、将步骤B制得的镁稀土合金进行热处理：固溶+时效处理或直接进行时效处理，即可。本发明通过调控选区激光熔化的工艺参数(激光功率、扫描速度、扫描间距、光斑直径、层厚、层间转角、基板预热温度、分区宽度和搭接区宽度)和后续热处理的工艺参数(温度和时间)来调控合金的微观组织和力学性能，首次使用选区激光熔化工艺制备出高强韧Mg‑RE‑(Zn)‑Zr合金。

技术领域

本发明涉及有色金属合金制备的技术领域，具体为一种选区激光熔化增材制造技术制备高强韧镁稀土合金的方法。

背景技术

镁合金作为最轻的金属结构材料，具有密度低、比强度和比刚度高等优点，在轨道交通、航空航天和3C产品等领域有着非常广阔的应用前景。目前市场上商业化的镁合金主要包括Mg-Al系和Mg-Zn系两大类，但是这些镁合金的绝对强度较低和塑性较差，因此限制了进一步扩大镁合金的应用范围。Mg-RE系镁合金具有优异的固溶强化和时效硬化效应，为开发高强韧镁合金带来了巨大可能。此外，往Mg-RE系合金中添加Zn元素，不仅能够调控该合金系的时效析出组织，而且在适当的加入量以及工艺条件下会引入长周期堆垛有序结构(LPSO结构)，大量研究表明LPSO结构可以进一步提高合金的强度和塑性。添加微量的Zr元素主要是提供异质形核质点以细化晶粒。

选区激光熔化(SLM)是目前比较有前景的激光辅助增材制造方法之一，能够逐层沉积任意复杂形状的金属部件，可实现传统铸造难以实现甚至不能实现的高质量复杂部件制备，非常适合小批量、复杂构件的个性化定制。另一方面，快速扫描激光束产生微小熔池和热影响区，且极高的冷却速率(10⁴～10⁶K/s)可导致微观组织的细化和固溶度的扩大，从而产生显著的细晶强化和固溶强化效应，使得SLM制备的构件的力学性能显著高于铸件，接近锻件的性能，故SLM有助于改善航空航天、汽车工业等所需部件的性能。随着环境与能源问题的日益突出，镁合金的SLM技术将是调控镁合金组织性能，并开发出高性能镁合金及部件的非常有前景的方法之一。

目前，国内外针对镁合金的SLM工艺研究仅有少量报道，涉及纯Mg、Mg-Al系、Mg-Zn系，但是还未见Mg-RE(含Gd)系合金的SLM报道。Mg-RE(含Gd)系合金的室温和高温拉伸性能、抗蠕变性能、刚度等都明显优于上述已报道合金，同时该合金的导热系数、凝固温度区间、热膨胀系数、凝固收缩率等参数有别于上述已报道合金，故上述已报道合金的SLM工艺参数并不适合Mg-RE(含Gd)系合金，需要开发适合Mg-RE(含Gd)系合金的SLM工艺参数。此外，采用SLM技术制备的Mg-RE(含Gd)系合金晶粒和第二相都细小，第二相面积分数小，ɑ-Mg基体内的固溶度高，能够产生显著的细晶强化和固溶强化效应，微观组织形态和力学性能都优于传统重力铸造方式。因此，如果将选区激光熔化工艺用于Mg-RE-(Zn)-Zr合金的制备上，并且找到适合Mg-RE-(Zn)-Zr合金的成型工艺及后续热处理工艺，有望研发出高强韧的镁稀土合金，并为航空航天、汽车等领域镁合金部件提供理论支持。

发明内容

本发明的目的在于补全现有Mg-RE-(Zn)-Zr合金在选区激光熔化制备领域的空白，提供一种选区激光熔化增材制造技术制备高强韧镁稀土合金的方法，克服传统铸造镁合金晶粒和共晶相粗大、成分偏析、易产生疏松、缩孔、夹杂等缺陷及力学性能较差的关键问题。通过气雾化的方法制备出Mg-RE-(Zn)-Zr合金球形粉末，选用一种高效灵活的增材制造手段——选区激光熔化技术来制备高强韧镁稀土合金，并通过优化后续热处理工艺(T6或T5)进一步提高合金的力学性能。