[发明专利]一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法

说明书

一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法，它涉及材料加工工程领域，本发明基于选区激光熔化的高强度铝合金制备方法，适应选区激光熔化的加工特点，实现铝合金性能的进一步强化。本发明设计一种适用于选区激光熔化技术的Al‑Zn‑Mg‑Zr合金粉末，提出通过将相邻熔道间的搭接率控制在‑5％～5％，在实现有效连接的基础上最大程度的降低Zn的烧损。同时，不同于其他铝合金成形过程中对基板进行预热，本发明提出对基板进行进一步降温，通过在基板底部及侧面通冷却液降温，增大温度梯度，从而进一步增加Zn的过饱和固溶能力。本发明应用于材料加工领域。

技术领域

本发明属于材料加工工程领域，具体涉及一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法。

背景技术

铝合金储量丰富、密度小、比强度高的特点完美契合“轻量化”需求，应用前景广阔，其中Al-Zn-Mg系合金作为一种可热处理强化的超高强铝合金，因具有疲劳性能好、比强度高等优点被广泛应用于航空航天、轨道交通等领域。传统铸件在制备过程中由于缓慢冷却而导致易出现宏观偏析、开裂和晶粒粗化等缺陷，由于Zn是一种低熔沸点元素，在铸造过程中直接加入高含量的Zn会导致成形的试样中出现大量裂纹和气孔缺陷，试样无法使用；且由于铸造过程中凝固速度有限，室温下Zn原子在铝合金中的固溶度有限，常用的Al合金中Zn的质量分数都在7％及以下，不能充分发挥固溶强化效果，且后期时效处理过程中析出的粒子数量受限，限制了Al-Zn-Mg合金力学性能的进一步提升。进一步提高Zn含量是实现合金性能强化的有效方法。

选区激光熔化(Selective Laser Melting，SLM)是一种基于铺粉技术的增材技术，相比传统的铸造、锻造、焊接等加工方式难以制备复杂及微小结构件，且制造周期长的不足，选区激光熔化具有自由成形与高精度成形的特点。在选区激光熔化的高能量输入作用下金属粉末完全熔化，液相充分接触后凝固，得到冶金结合的高致密实体，内部缺陷较少，冷却速率可达10³-10⁷K/s，易形成过饱和固溶体且有助于细化晶粒，得到具有微细均匀的显微组织和良好综合性能的成形件。而传统的Al-Zn-Mg合金板材对应的合金成分在经过选区激光熔化加工后，试样中有大量裂纹缺陷，基本不具有使用性能，一些研究通过稀土改性可以减少裂纹，但成形的合金性能相比锻态发生较大损失，如7075铝合金直接选区激光熔化成形后试样发生碎裂，而经加入稀土元素后经选区激光熔化成形，抗拉强度损失超过100MPa。因此基于Al-Zn-Mg合金的特点，结合选区激光熔化技术高速冷却的优点，设计适合选区激光熔化技术的高强Al-Zn-Mg合金具有重要的应用价值。

专利110172620A公开了一种选区激光熔化技术用Al-Si-Mg合金及其制件制备方法，该方法设计了一种铝合金粉末，但成形后需要进行进一步的热处理，且样品的塑性不佳。专利112008076A公开了一种选区激光熔化铝合金的成分设计优化方法，但是该方法主要关注试样的致密度特征，缺乏对成形后试样力学性能的检验。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有合金制备技术存在的不足，本发明提出一种新方法——基于选区激光熔化的高强度铝合金制备方法，适应选区激光熔化的加工特点，实现铝合金性能的进一步强化。

本发明的一种高Zn轻质高强铝合金的制备方法，它是按照以下步骤进行的：

一、称取选区激光熔化用粉末混合，所述的Al-Zn-Mg-Zr合金粉末，其中，Zn的质量分数为12-15％，Mg的质量分数为1-2％，Zr的质量分数为0.5-2％，余量为Al；

二、采用行星式球磨混粉机对上一步混合后的粉末进行机械混合，在混合罐中通入惰性气体对粉末进行保护防止氧化，然后按照200-400rpm的转速，转动5-10min后停转5-10min冷却的方式混合4-8h；

三、通过三维绘图软件绘制模型，依据预先设计的零件结构与尺寸绘制三维模型；将上一步混合后的粉料按0.03-0.05mm的厚度铺粉，并逐层进行铺粉，通过三维绘图软件对模型横向切分成连续的多个厚度在0.03-0.05mm的等厚度薄片(如有图7)；