[发明专利]一种激光增材制造用Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末

说明书

本发明属于材料制备技术领域,公开了一种用于激光增材制造的Al‑Si‑Mg‑Sc‑Zr铝合金粉末及其应用，所述的激光增材制造用铝合金粉末，其质量分数的组分是：Si：6.0～8.0％，Mg：0.60～0.80％，Ti：0.10～0.20％，Sc：0.1～0.6％，Zr：0.1～0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。所述的用于激光增材制造Al‑Si‑Mg‑Sc‑Zr铝合金粉末采用气雾化方式进行制粉，可用于激光增材制造。本发明的Al‑Si‑Mg‑Sc‑Zr铝合金粉末通过SLM成形后的样品，致密度可达99.9％以上，沉积态试样的抗拉强度超过440MPa，热处理后试样的断后延伸率超10％，且无明显各向异性，能够满足相关领域应用的需要。

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，涉及一种高强铝合金，具体地，涉及一种激光增材制造用Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末。

背景技术

随着轻量化、结构功能一体化的强劲需求，高强铝合金复杂精密零件在航空航天等领域应用广泛，但因其焊接性能和铸造性能差，传统加工方法难以制备出高性能、高质量的结构功能一体化构件，无法满足航空航天等领域的迫切需求。

激光选区熔化(SLM)技术是以离散/堆积的增材制造(AM)成形思想和激光焊接技术为基础，将数字化计算机辅助设计(CAD)模型切片，在二维切片内激光扫描填充，经层层堆叠后实现三维实体的成形，能够实现从三维CAD模型和金属粉末直接制备出高性能、高精度的复杂精密零件。

AlSi7Mg、AlSi10Mg、AlSi12等铸造铝合金粉末具有良好的流动性、易成形，目前开展激光增材制造研究和应用大多局限在上述体系的铝合金粉末，但其激光增材成形件的抗拉强度及延伸率均较低，无法达到高性能零件的使用需求。此外，2XXX、7XXX系等传统的高强铝合金粉末成形过程中易出现热裂纹，成形难度大，制约其在激光增材制造工艺上的应用。

基于上述分析开发激光增材制造专用的高性能铝合金粉末至关重要。目前，国内常采用微合金化的方式提高铝合金粉末的综合性能，其中Sc、Zr、Er和Yb等合金元素可以通过自身形成析出相产生晶粒细化和强化等作用，如专利(CN 108486429)通过添加稀土铒元素、锆元素(Er：0.2～0.9％、Zr：0.05～0.5％)开发一种SLM专用AlSi7Mg铝合金粉末，从而提高了SLM成形零件的强度。本专利通过添加Sc、Zr元素实现Al-Si-Mg合金的微合金化，从而提高合金粉末的性能。Sc元素是铝合金中最为有效的微合金化元素，Sc与Al形成具有微米级的初生Al₃Sc粒子和纳米级次生Al₃Sc粒子，可作为有效的非均匀形核剂，起到细化晶粒的作用，同时纳米级Al₃Sc粒子与基体保持共格关系，可有效钉扎位错和阻碍亚晶界运动，提高铝合金的抗拉强度和耐腐蚀性能。将Sc和Zr元素联合添加到铝合金中，Zr元素能代替Al₃Sc化合物中部分Sc原子而形成Al₃(Sc，Zr)复合相，复合相能保留Al₃Sc的全部有益性质，而且具有更高的热稳定性。

发明内容

本发明的目的是：提供一种激光增材制造用Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末，以克服现有技术上存在的上述缺陷，满足航空航天等领域应用的需求。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：

一种用于激光增材制造的Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末，所述Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末包括如下质量百分数的组分：

Si：6.0～8.0％、Mg：0.60～0.80％、Ti：0.10～0.20％、Sc：0.1～0.6％，Zr：0.1～0.4％，余量为Al和不可避免的杂质。

优选地，所述Al-Si-Mg-Sc-Zr铝合金粉末包括如下质量百分数的组分：