本發(fā)明涉及增材制造鋁合金提升室溫和高溫性能制備領(lǐng)域，具體涉及一種增材制造用含v高性能鋁合金材料。

背景技術(shù)：

1、鋁合金是僅次于鋼的第二常用結(jié)構(gòu)合金，由于其低密度(鈦合金和鐵合金分別是鋁合金的2倍和3倍)、高比強(qiáng)度、良好的成形性、和豐富的地殼資源等特性，滿足了汽車、航空航天、海洋和軍事等許多工業(yè)領(lǐng)域?qū)ο冗M(jìn)輕質(zhì)材料的需求。傳統(tǒng)制造工藝如粉末冶金和機(jī)械合金化通常在最終凝固之前涉及通過(guò)多個(gè)步驟從混合粉末中制備顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料；攪拌鑄造是通過(guò)在液態(tài)金屬中加入增強(qiáng)顆粒來(lái)制造復(fù)合材料，具有基體結(jié)構(gòu)容易控制、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。然而，這些傳統(tǒng)工藝不能滿足制造復(fù)雜形狀三維復(fù)合零件日益增長(zhǎng)的需求，傳統(tǒng)加工路線存在的許多挑戰(zhàn)阻礙了它們的更高、更深層次的應(yīng)用。金屬增材制造借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，逐點(diǎn)逐層掃描成形，制備全致密化、高性能金屬零件，是制造具有最小缺陷的高密度鋁基復(fù)合材料的潛在最有前途的替代方案。

2、金屬增材制造在金屬材料中產(chǎn)生的微觀結(jié)構(gòu)通常具有高度非均勻晶粒幾何形狀、亞晶粒位錯(cuò)結(jié)構(gòu)和化學(xué)偏析，近年來(lái)在鈦基合金、鎳基合金、銅基合金、鈷基合金、以及鋁基合金等方面受到了廣泛研究。然而，鋁合金應(yīng)用在增材制造領(lǐng)域時(shí)由于凝固區(qū)間較長(zhǎng)，在3d打印中有著很強(qiáng)的熱裂紋敏感性；以及逐層逐道打印時(shí)復(fù)雜熱歷史使得產(chǎn)生高水平殘余應(yīng)力，最終鋁合金在3d打印領(lǐng)域可使用種類較少。增材制造鋁合金的潛力尚未得到充分開(kāi)發(fā)，因此急需一種合金設(shè)計(jì)策略提升鋁合金的可打印性-性能協(xié)同作用。

3、目前增材制造常用強(qiáng)化相主要分為陶瓷相(原位合成、外加)、合金相(共晶相、細(xì)晶相)，陶瓷相作為一種硬質(zhì)相往往導(dǎo)致脆性失效斷裂，與基體結(jié)合強(qiáng)度低；而原位合金化不僅與基體結(jié)合力強(qiáng)，同時(shí)有效避免了分布不均勻的難題，因而受到了較廣泛的研究。在合金化提升增材制造鋁合金性能時(shí)，主要分為兩種：①通過(guò)包晶反應(yīng)元素(sc、zr、ti)作為一種異質(zhì)形核位點(diǎn)細(xì)化晶粒，減少柱狀晶的生成和柱狀晶之間的裂紋；②通過(guò)共晶反應(yīng)元素(cu、ni、mn)形成共晶網(wǎng)絡(luò)，減少晶界缺陷和提供末端共晶凝固時(shí)良好的液體回填，減少末端最小熱應(yīng)變。但共晶強(qiáng)化晶粒細(xì)化程度低，主要通過(guò)溶質(zhì)偏析細(xì)化晶粒，沒(méi)有將大量的形核粒子引入基體。而細(xì)晶強(qiáng)化可以顯著細(xì)化晶粒尺寸，減少柱狀晶之間的裂紋，是一種非常理想的消除成型缺陷、增強(qiáng)合金基體的方式。

4、與此同時(shí)，增材制造鋁合金不僅僅應(yīng)用于室溫環(huán)境，在200℃以上應(yīng)用時(shí)強(qiáng)化相粗化問(wèn)題嚴(yán)重，晶界粗化使得性能降低，如何通過(guò)增材制造技術(shù)在制備出致密度高、缺陷少的室溫高強(qiáng)鋁合金基礎(chǔ)上，進(jìn)一步保持高溫性能是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。在這種應(yīng)用需求下，亟待開(kāi)發(fā)一種兼具室溫和高溫性能的增材制造鋁合金制備方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種兼具室溫和高溫性能的增材制造鋁合金的制備方法，技術(shù)方案如下：

2、一種增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、(1)復(fù)合材料的制備：

4、向含銅、鎂元素的鋁合金粉末或外加引入銅、鎂元素的鋁合金或純鋁粉末中加入金屬釩元素，制備原始合金粉末；原始合金粉末成分主要為alcumgv；釩元素含量為1.8～3.5wt.％；

5、(2)選區(qū)激光熔融成型。

6、進(jìn)一步的，步驟(1)中通過(guò)三維混料機(jī)進(jìn)行混料、分散后獲得原始合金粉末；或通過(guò)熔煉、氣霧化的方式制備原始合金粉末。

7、進(jìn)一步的，步驟(2)的方法為：將步驟(1)獲得的原始合金粉末放入選區(qū)激光熔融打印機(jī)中進(jìn)行打印成型，打印參數(shù)為激光功率160～340w，激光掃描速率為600～1200mm/s，掃描線間距80～110μm，粉末層厚20～40μm，粉末供料比1.8-3.4，激光層間旋轉(zhuǎn)角度0°～90°。

8、進(jìn)一步的，所述含銅、鎂元素的鋁合金為2024鋁合金。

9、進(jìn)一步的，所述含銅、鎂元素的鋁合金粉末中，銅cu:3.8％-4.9％，鎂mg:1.2％-1.8％。

10、本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

11、(1)利用增材制造可控制備al-mg-v金屬間化合物增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，為增材制造提升鋁基復(fù)合材料力學(xué)性能創(chuàng)新了材料成分：通過(guò)改變鋁合金粉末中鋁元素、鎂元素、釩元素的比例，3d打印的相關(guān)參數(shù)(激光功率、激光掃描速率、掃描線間距、粉末層厚等)，可以調(diào)控al-mg-v金屬間化合物的形貌及復(fù)合材料的力學(xué)性能等。

12、(2)相比于現(xiàn)有報(bào)道增材制造鋁合金材料無(wú)法同時(shí)兼?zhèn)涫覝睾透邷匦阅?，本專利含v高性能鋁合金材料兼具室溫和高溫性能：在保持較好的室溫性能(抗拉強(qiáng)度～500mpa)同時(shí)，還具有較高的200℃(抗拉強(qiáng)度～315mpa)，250℃(抗拉強(qiáng)度～230mpa)高溫性能。有效解決了鋁基復(fù)合材料無(wú)法兼?zhèn)涫覝睾透邷匦阅艿碾y題。

13、(3)制備工藝簡(jiǎn)單，操作方便，耗時(shí)短。同時(shí)，與現(xiàn)有專利高達(dá)340w的激光功率，所用激光功率較低，能耗減小，成本降低。

技術(shù)特征：

1.一種增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中通過(guò)三維混料機(jī)進(jìn)行混料、分散后獲得原始合金粉末；或通過(guò)熔煉、氣霧化的方式制備原始合金粉末。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(2)的方法為：將步驟(1)獲得的原始合金粉末放入選區(qū)激光熔融打印機(jī)中進(jìn)行打印成型，打印參數(shù)為激光功率160～340w，激光掃描速率為600～1200mm/s，掃描線間距80～110μm，粉末層厚20～40μm，粉末供料比1.8-3.4，激光層間旋轉(zhuǎn)角度0°～90°。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，所述含銅、鎂元素的鋁合金為2024鋁合金。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，所述含銅、鎂元素的鋁合金粉末中，銅cu:3.8％-4.9％，鎂mg:1.2％-1.8％。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增材制造用含v高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中所制得的制備原始合金粉末中，銅元素含量為1～10wt.％，鎂元素含量為1～10wt.％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種增材制造用含V高性能鋁合金材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)復(fù)合材料的制備：向含銅、鎂元素的鋁合金粉末或外加引入銅、鎂元素的鋁合金或純鋁粉末中加入金屬釩元素，制備原始合金粉末；原始合金粉末成分主要為AlCuMgV；釩元素含量為1.8～3.5wt.％；(2)選區(qū)激光熔融成型。

技術(shù)研發(fā)人員：沙軍威,于帥先,趙冬冬,趙乃勤,錢天剛,楊浩然,師春生,戎旭東,何春年
受保護(hù)的技術(shù)使用者：天津大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6