[发明专利]一种筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法

说明书

本发明公开了一种筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法，其包括，通过相图得到凝固数据，计算裂纹敏感因子与配方组分中添加的合金元素含量的关系式，并计算出裂纹敏感因子∣ΔT/Δ(fs)^1/2∣的最大值，值越大则表明配方组分经3D打印后越容易产生裂纹。本发明节约原料、时间短、操作流程短、仅通过计算即可预测3D打印之后合金是否会产生裂纹，并且经过实际3D打印实验验证了预测结果与实施结果相符，解决了现有技术需要经过大量多次实验才能够验证合金是否会产生裂纹的技术难题、可行性高。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，具体涉及一种筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法。

背景技术

SLM是一种使用激光束逐层扫描粉层以制备零件的粉末床激光3D打印方法，其制备过程中具有极高的冷却和凝固速度。粉末床激光3D打印的应用潜力主要在于制备复杂的结构及功能部件。虽然采用SLM打印铝合金具有较大的发展前景，由于SLM的加工过程是局部加热的过程，样品的温度梯度较高，会产生大量的残余应力，增加了材料对变形的敏感性，甚至可能导致裂纹的产生。SLM打印铝合金除了铝硅系列合金，从2xxx系到7xxx几乎都会产生热裂纹，致使其性能大幅下降，远低于传统铸造及锻造件，使得铝合金轻质高强的特性无法发挥出，严重阻碍3D打印铝合金在航天、轨道交通、军事等领域。

铝合金的元素成分是影响3D打印是否开裂的关键。目前面临的难题是：(1)目前研究报道无裂纹铝合金的文献较少，且无裂铝合金的成分区间非常匮乏。(2)如果想从Al-x₁M₁-x₂M₂-x₃M₃-x₄M₄...x_nM_n(M＝Cu、Mg、Si、Ni、Mn、Fe、Co、Ti、Cr、Zn、V、Zr、Sc、Er、Zr、Ce)确定不开裂的合金成分，则面临实验过程气雾化制粉等的周期长、成本高等问题。因此，有待寻找一种快速确定不开裂的合金成分、且经济成本较低的方法。

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。

作为本发明其中一个方面，本发明提供一种筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法，其包括，

通过相图得到凝固数据，计算裂纹敏感因子与配方组分中添加的合金元素含量的关系式，并计算出裂纹敏感因子∣ΔT/Δ(fs)^1/2∣的最大值，值越大则表明配方组分经3D打印后越容易产生裂纹。

作为本发明所述的筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法的一种优选方案：计算公式为：

根据所述计算公式，计算得到裂纹敏感因子∣dT/d(fs)^1/2∣的值，其中k为平衡偏析系数、m_L为所述相图中液相线斜率、C₀为凝固前合金中添加的合金元素质量百分数、fs为凝固合金中固相质量分数。

作为本发明所述的筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法的一种优选方案：裂纹敏感因子低于5x10³℃时为低裂纹敏感因子，表明合金配方组分在3D打印后不会产生裂纹。

作为本发明所述的筛选3D打印铝合金无裂纹配方组分的方法的一种优选方案：所述3D打印，包括选区激光熔化法SLM。