【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術屬于激光增材制造，更具體地，涉及一種激光增材制造用鋁鋰合金材料、其制備方法和應用。
技術介紹
1、相比于傳統(tǒng)鋁合金材料，鋁鋰合金擁有更低的密度與更高的比強度、比剛度，不止這些，鋁鋰合金還有優(yōu)異的低溫性能、耐腐蝕性能，在航空航天領域得到非常廣泛的應用。隨著高端大型設備對構件的要求越來越高，其結構要求高自由度、輕量化、復雜化等，傳統(tǒng)鑄鍛焊加工手段難以完成構件制備工序，而激光選區(qū)熔化(selective?laser?melting，slm)技術作為激光增材制造應用最廣泛的一種，其能夠一體化制備出兼具復雜形狀和高端精密的高性能鋁鋰合金。
2、但是截至目前為止，研究激光增材制造技術制備鋁鋰合金的學者不多，沒有形成完善的材料設計與制備體系，而且成形的鋁鋰合金構件存在著裂紋及各向異性等共性問題，由于激光束的移動熔化及熔池內存在較大的溫度梯度，熔池發(fā)生凝固時產(chǎn)生急劇收縮導致殘余應力的產(chǎn)生，極易引發(fā)裂紋產(chǎn)生，同時柱狀晶具有擇優(yōu)取向生長，構件組織與性能存在著各向異性。
3、因此，基于上述問題，亟需設計出一種可以改善激光增材制造產(chǎn)生裂紋、高殘余應力及各向異性等共性問題的新型鋁鋰合金材料構件及其制備方法。
4、目前，中國專利技術專利文獻cn116287913?a公開了一種增材制造用微量元素改性鋁鋰合金粉末及其制備方法，通過電極感應熔煉真空氣霧化方法制備鋁鋰合金粉末并進行slm成形，但該方法沒有提及制備粉末過程中對金屬mg與li元素的燒損蒸發(fā)并產(chǎn)生大量煙塵，導致設備不能正常工作，影響粉末的制備狀態(tài)與質量，同時
技術實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術的缺陷，本專利技術的目的在于提供一種激光增材制造用鋁鋰合金材料、其制備方法和應用，以解決現(xiàn)有鋁鋰合金激光增材制造方法帶來的開裂、高殘余應力與各向異性問題，獲得兼顧強度和塑性的綜合力學性能優(yōu)異且高輕量化的鋁鋰合金材料制件。
2、為實現(xiàn)上述目的，本專利技術提供了一種鋁鋰合金材料，其元素配比以質量百分比計包括：3.5-4.6％的cu、1-2％的mg、0.1-1.5％的li、0.1-1.2％的sc、0.1-1.2的zr、0.1-1.2％的y，其余為al。
3、優(yōu)選地，所述的鋁鋰合金材料，其元素配比以質量百分比計包括：4-4.3％的cu、1.6-1.9％的mg、0.8-1.2％的li、0.8-1.2％的sc、0.4-0.6的zr、0.1-0.4％的y，其余為al。
4、優(yōu)選地，所述的鋁鋰合金材料，以質量百分比計，雜質元素含量o<0.001％、c<0.005％、s<0.002％、p<0.002％。
5、按照本專利技術的另一個方面，提供了一種鋁鋰合金材料構件，由所述的鋁鋰合金材料經(jīng)激光增材制造得到。
6、按照本專利技術的另一個方面，提供了一種所述的鋁鋰合金材料構件的制備方法，包括如下步驟：
7、(1)采用真空感應熔煉對所述的鋁鋰合金材料熔煉得到合金熔液；
8、(2)對步驟(1)所述合金熔液通過霧化噴嘴進行沖擊破碎，使其霧化成金屬液滴，待金屬液滴凝固成金屬粉末，經(jīng)過旋風分離系統(tǒng)將金屬粉末收集并篩分，得到增材制造用鋁鋰合金材料粉末；
9、(3)對所述鋁鋰合金材料構件建立三維模型，并通過切片軟件切成二維掃描軌跡；
10、(4)將步驟(2)所述鋁鋰合金材料粉末放入激光增材制造設備的送粉工作倉，預熱基板；按照步驟(3)所述二維掃描軌跡逐層成形三維鋁鋰合金材料預制件；
11、(5)對所述鋁鋰合金材料預制件進行直接時效熱處理，得到所述鋁鋰合金材料構件。
12、優(yōu)選地，步驟(1)所述真空感應熔煉，其真空度≤0.03pa，工作氧含量≤500ppm，熔煉溫度為600-750℃。
13、優(yōu)選地，步驟(2)所述霧化其霧化時壓力為1.8-2.9mpa。
14、優(yōu)選地，步驟(2)收集并篩分得到的鋁鋰合金材料粉末的粒徑范圍為15-54μm。
15、優(yōu)選地，步驟(4)所述激光增材制造的激光功率為300-450w，掃描速率為1000-2600mm/s，掃描間距為0.08-0.15mm，層厚為0.03-0.06mm。
16、優(yōu)選地，步驟(5)所述直接時效熱處理溫度為100-400℃，時間為2-14小時；進一步優(yōu)選的，所述直接時效熱處理溫度為150-250℃，時間為6-8小時。
17、總體而言，通過本專利技術所構思的以上技術方案與現(xiàn)有技術相比，具有以下有益效果：
18、(1)本專利技術提供的一種激光增材制造用鋁鋰合金材料，通過粉末成分元素種類設計以及含量調控成形構件的強化方式和微觀組織，最終產(chǎn)品可以得到優(yōu)異的抗拉輕度、屈服強度、硬度及延展性等；其中，添加元素y可以大大改善鋁鋰合金粉末的激光吸收率，激光熔化粉末后，液態(tài)熔池可以吸收較高的激光能量，在相同冷卻速率下，更高的激光吸收率會導致熔池溫度更高，從而降低熔池中液態(tài)金屬的動態(tài)粘度，提高其流動性，可以有效抑制裂紋產(chǎn)生同時減小熱殘余應力，大幅度提升了其性能，擴展激光增材制造工藝窗口，拓寬其應用領域范圍。
19、(2)本專利技術通過制備新型鋁鋰合金粉末后，采用激光增材制造技術成形構件，其中添加形核劑元素sc、zr可以與li形成al3(sc，zr，li)相，它與基體具有高度相似晶體結構，匹配度優(yōu)異，相比al3sc、al3zr具有更低的晶格錯配度與熔點，在激光熔化時熔點更低的物相優(yōu)先熔化，具有更多的體積分數(shù)，可以有效填充晶間裂紋，降低凝固裂紋傾向，同時al3(sc，zr，li)相領先基體相凝固析出，作為一種晶粒細化劑，可以增加柱狀晶向等軸晶轉變幾率，同時引發(fā)細小晶粒形核，防止快速凝固過程中熱撕裂，大大提升構件性能。
20、(3)本專利技術提出的鋁鋰合金材料構建制備方法能夠改善激光增材制造打印過程中產(chǎn)生的開裂與高殘余應力共性問題，減輕殘余應力與保持高沉淀強化效果；本專利技術提出激光增材制造得到三維鋁鋰合金材料預制件后，采用直接時效熱處理來解決激光增材制造固有的高殘余應力共性問題。激光增材制造過程中，激光熔化合金粉末并凝固，其中存在較高的溫度梯度與極高熔化冷卻速率，會出現(xiàn)高殘余應力同時合金元素更多的固溶于基體中，產(chǎn)生晶格畸變，大大降低材料韌塑性，后期加工極易引發(fā)構件翹曲開裂。本專利技術實驗中通過比較不同的熱處理方法，發(fā)現(xiàn)相比較傳統(tǒng)的固溶處理+時效熱處理工藝，本專利技術采用直接時效熱處理制備得到的鋁鋰合金材料構件，構件的殘余應力明顯降低、強度得到提升。可能的原因是針對本專利技術激光增材制造鋁鋰合金這一特定的元素組成，構件基體已經(jīng)存在眾多過飽和固溶體(不同元素溶解度不一樣，達到臨界值合金元素就不在固溶于基本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種鋁鋰合金材料，其特征在于，其元素配比以質量百分比計包括：3.5-4.6％的Cu、1-2％的Mg、0.1-1.5％的Li、0.1-1.2％的Sc、0.1-1.2的Zr、0.1-1.2％的Y，其余為Al。
2.如權利要求1所述的鋁鋰合金材料，其特征在于，其元素配比以質量百分比計包括：4-4.3％的Cu、1.6-1.9％的Mg、0.8-1.2％的Li、0.8-1.2％的Sc、0.4-0.6的Zr、0.1-0.4％的Y，其余為Al。
3.如權利要求1所述的鋁鋰合金材料，其特征在于，以質量百分比計，雜質元素含量O<0.001％、C<0.005％、S<0.002％、P<0.002％。
4.一種鋁鋰合金材料構件，其特征在于，由如權利要求1至3任一項所述的鋁鋰合金材料經(jīng)激光增材制造得到。
5.如權利要求4所述的鋁鋰合金材料構件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(1)所述真空感應熔煉，其真空度≤0.03Pa，工作氧含量≤500ppm，熔煉溫度為600-7
7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)所述霧化其霧化時壓力為1.8-2.9Mpa。
8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(2)收集并篩分得到的鋁鋰合金材料粉末的粒徑范圍為15-54μm。
9.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(4)所述激光增材制造的激光功率為300-450W，掃描速率為1000-2600mm/s，掃描間距為0.08-0.15mm，層厚為0.03-0.06mm。
10.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟(5)所述直接時效熱處理溫度為100-400℃，時間為2-14小時，優(yōu)選的，所述直接時效熱處理溫度為150-250℃，時間為6-8小時。
...【技術特征摘要】
1.一種鋁鋰合金材料，其特征在于，其元素配比以質量百分比計包括：3.5-4.6％的cu、1-2％的mg、0.1-1.5％的li、0.1-1.2％的sc、0.1-1.2的zr、0.1-1.2％的y，其余為al。
2.如權利要求1所述的鋁鋰合金材料，其特征在于，其元素配比以質量百分比計包括：4-4.3％的cu、1.6-1.9％的mg、0.8-1.2％的li、0.8-1.2％的sc、0.4-0.6的zr、0.1-0.4％的y，其余為al。
3.如權利要求1所述的鋁鋰合金材料，其特征在于，以質量百分比計，雜質元素含量o<0.001％、c<0.005％、s<0.002％、p<0.002％。
4.一種鋁鋰合金材料構件，其特征在于，由如權利要求1至3任一項所述的鋁鋰合金材料經(jīng)激光增材制造得到。
5.如權利要求4所述的鋁鋰合金材料構件的制備方法，其特征在于，包括如...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：宋波，吳祖勝，史玉升，
申請(專利權)人：華中科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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