[发明专利]基于电脉冲辅助增材制造铝及铝锂合金的在线改善组织性能的处理方法

说明书

本发明提供一种基于电脉冲辅助增材制造铝及铝锂合金的在线改善组织性能的处理方法，在增材制造成型构件过程中，通过在基板上持续施加脉冲电流，使脉冲电流不断的同时作用于熔池和已成型的材料，从而影响熔池中的成分合金凝固的形核过程，以及同时对已成型材料进行热处理，在打印过程中即可实现应力消除和回复再结晶。该方法通过在增材制造成形构件过程中持续施加脉冲电流，促使其熔池材料合金凝固过程晶粒细化，消除缺陷，改善内部组织，并使得已成型材料合金回复再结晶，实现在线应力消除，达到同步热处理的目的。

技术领域

本发明涉及有色金属材料加工工程技术领域，具体而言涉及一种基于电脉冲辅助增材制造铝及铝锂合金的在线改善组织性能的处理方法。

背景技术

航空航天制造是当今世界科技强国竞相发展的重点方向之一，其发展离不开兼具轻量化、难加工、高性能等特征的航空航天金属构件。铝锂合金因其密度小、比强度高等优异特性，在追求轻量化、高可靠性的航空航天和交通运输等领域中备受青睐，应用前景十分广阔。传统浇铸工艺制备得到的铝基复合材料外形受到模具的制约，材料的组织形态往往不尽如人意，从而给材料性能带来不利影响。激光增材制造技术为高性能金属构件的设计与制造开辟了新的工艺技术途径，可解决航空航天等领域发展过程中对材料、结构、工艺、性能及应用等提出的新挑战。

但在目前的增材制造中，由于需要经过熔炼和凝固循环过程，因此会在这个过程中引入粗柱状晶粒组织，这种显微组织导致力学性能各向异性，并含有凝固裂纹等冶金缺陷(如图1所示)，从而影响零件的强度。对此，国内外有相关专家学者对铝及铝锂合金增材制造的冶金调控进行了一系列的研究。

Martin J H等(Martin J H,Yahata B D,Hundley J M,et al.3D printing ofhigh-strength aluminum alloys[J].Nature.)通过在增材制造成型之后对构件进行自由形成凝固裂纹的方法获得细小等轴晶组织，但是这种方法对于铝锂合金成型构件的内部组织细化晶粒效果较差。

Li F G等(Li F G,Dong Q,Zhang J,et al.In situ study on columnar-equiaxed transition and anaxial columnar dendrite growth of Al-15％Cu alloyby synchrotron radiography[J].Transactions of Nonferrous Metals Society ofChina,2014,24(7):2112-2116.)通过在增材制造后的热处理中加入剧烈变形引发再结晶获得细小的等轴晶粒组织，但由于是后处理，对于已成型的零件进行剧烈变形会使得成型零件达不到条件所需的成型形状。

公开号为CN111575613A的中国专利文献公开了一种超细铝锂合金薄带去残余应力的深冷电脉冲处理方法，通过对薄状铝锂合金进行高能电脉冲处理，使铝锂合金薄带经过深冷脉冲电流处理后残余应力得到全部释放。但该方法局限于对薄状铝锂合金进行处理，其工艺较为繁琐，且是对成型件进行的后处理，并不能使得成型零件的材料组织性能得到提高。

上述方法虽然能在一定程度改善铝锂合金的组织性能，但前两种是基于传统热处理，而传统热处理工艺是一个相当耗能、耗时的过程，并且对材料的组织性能不能良好的控制，会导致材料在热处理之后还达不到条件要求的性能；第三种方法对于铝锂合金成型的形状有极大的要求，且其也是一种成型件的后处理，并不能使得成型零件的材料组织性能在根本上得到改善。

由于目前的方法存在诸多弊端，使得制约铝及铝锂合金应用发展的重要瓶颈，因此需开发新型提高微结构和性能且能降低能耗的方法。

发明内容