[发明专利]一种铝锂合金材料、部件及其制备方法

说明书

本发明提供了一种适用于选区激光熔化技术的铝锂合金材料体系，选取成分含量为Mg：1.0‑7.0％；Mn：0.3‑2.0％；Li：0.5‑2.0％；Sc：0.2‑1.0％；Zr：0.1‑0.5％；余量为Al的铝锂合金材料，通过优化粉末制备工艺、打印工艺及热处理工艺，有效控制其内部裂纹的产生，从而为航空航天领域所需轻量化零部件的快速制造提供原材料及制备工艺基础支撑。

技术领域

本申请涉及铝锂合金领域，更具体的涉及一种可用于增材制造的铝锂合金粉末材料及部件，以及该粉末材料及部件的制备方法。

技术背景

增材制造技术(也称“3D打印”)是基于计算机三维CAD模型，采用逐层堆积的方式直接制造三维物理实体的方法。增材制造技术可以在一台设备快速精密的制造出任意复杂形状和结构的零部件，从而实现“自由制造”。这些技术面向航空航天、武器制造、汽车、模具以及生物医疗等高端制造领域，直接制造三维复杂结构，解决传统制造工艺难以甚至无法加工制造难题。

铝锂合金具有密度低、强度高、弹性模量高且损伤容限性优良等特点，用它替代常规铝合金材料，能够使构件的密度降低3％，重量减少10％～15％，刚度提高15％～20％，因此被认为是武器装备轻量化的理想结构材料。但由于Li元素极其活泼，传统铸造过程工艺要求苛刻，容易导致成分偏析并增加后续加工流程，因此铝锂合金结构件的制造具有较大的困难。增材制造技术具有成分偏析小，组织晶粒细小，直接成形等工艺特点，利用增材制造技术制备铝锂合金结构件，既能够最大限度的释放设计自由度，保证结构强度与刚度的同时减少设计冗余，又能充分利用铝锂合金材料本身的优质特性，可最大限度的满足航空航天零件产品的轻量化要求，是未来铝锂合金制造的重点发展方向之一。

统牌号铝锂合金材料在选区激光熔化过程中存在内部开裂的问题。现有技术公开了利用电弧熔丝增材制造技术制备铝锂合金，通过调控热处理以及轧制的步骤，减少了电弧增材制造过程中产生的孔洞。但该方法仅可适用于电弧增材的工艺技术，加工的产品表面质量粗糙且不能用于加工尺寸精细的零部件，因此应用范围十分有限。如何开发一种新型的适用于选区激光熔化工艺的铝锂合金，以及与其配套的增材制造成形工艺是现有技术的难题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种适用于选区激光熔化技术的铝锂合金材料体系，并通过优化成分，以及粉末制备、打印工艺及热处理工艺，有效控制其内部裂纹的产生，从而为航空航天领域所需轻量化零部件的快速制造提供原材料及制备工艺基础支撑。

本发明提供一种铝锂合金粉末材料，所述粉末材料包含如下所述质量百分占比的各元素：

Mg：1.0-7.0％

Mn：0.3-2.0％

Li：0.5-2.0％

Sc：0.2-1.0％

Zr：0.1-0.5％

余量为Al。

根据本发明提供的一种铝锂合金粉末材料，所述铝锂合金粉末材料的粒径为10-60μm。

根据本发明提供的一种铝锂合金粉末材料，所述铝锂合金粉末材料的粒径为10-45微米，或者15-53微米，或者20-60微米。

根据研究发现，上述的粉末材料除了不可避免的杂质元素之外，可以不用添加其他元素，即可以实现较好的增材制造效果。现有技术中，通过添加种类繁杂的合金元素，以调控合金粉末的性能，以解决开裂、强度低的问题。本发明提供的合金元素较少，通过有限的元素添加，便可以解决现有技术中存在的开裂、强度低的技术问题。避免了复杂合金元素带来的，因为元素控制不当而造成的诸多质量问题。

本发明还提供一种铝锂合金粉末材料的制备方法，所述制备方法包括：

S1：按照元素配比将各元素母料进行熔炼；