一种低气孔率Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法

本发明涉及耐热合金增材制造，尤其涉及一种低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法。

背景技术：

1、铝合金具有低密度、高比强度和高比刚度的特点，广泛应用于航空航天、船舶海洋和轨道交通等领域，是实现大型结构轻量化的首选材料。随着导弹等飞行器速度不断提高，表面气动热效应加剧，这对其关键结构件的耐热性形成巨大挑战。亟需开发新型耐热铝合金及其先进成形技术，以满足新型号导弹等飞行器设计与制造需求。

2、ag元素的加入使得al-cu系耐热合金中析出一种新相ω相，具有更好的热稳定性，能改善铝合金的高温性能，使得al-cu-mg-ag合金具有优异的热稳定性和耐热性能，成为目前航空航天领域中极具潜力的高强材料，有着广阔的应用前景。

3、作为一种典型增材制造技术，电弧增材制造(wire arc additivemanufacturing，waam)是利用电弧热量将金属丝材熔化并不断冷却逐层堆积的制造过程，大幅缩短了工艺流程，能够实现金属构件的快速近净成形。电弧增材制造具有材料能量吸收率高、丝材成形安全以及成形速率高等特点，非常适用于铝合金等高激光反射率金属大型构件的高效率制造。但在铝合金的增材制造过程中，经常出现气孔缺陷的问题，严重影响合金的性能。

4、因此，如何采用电弧熔丝增材制造的方法制备低气孔率的al-cu-mg-ag耐热铝合金构件是本领域需要解决的一个技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法，采用本发明方法制备的al-cu-mg-ag耐热铝合金构件具有低气孔率。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法，包括以下步骤：

4、将铝合金基板进行预热，待预热完成后，启动送丝系统，使al-cu-mg-ag合金丝材在预热后的铝合金基板上进行电弧熔丝增材制造，焊枪扫描速度为220～260mm/min，送丝速度为260～300cm/min，脉冲频率为2～10hz，热丝电流为60～140a，峰值电流为125～220a，峰值时间占比为25～35％，基值电流占比为10～30％，保护气为氩气，所述氩气流量为18～22l/min，待电弧熔丝增材制造完成后，得到低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件。

5、优选的，待电弧熔丝增材制造完成后，还包括对所得构件进行t6热处理；所述t6热处理包括依次进行第一级固溶处理、第二级固溶处理和时效处理，所述第一级固溶处理的温度为490～510℃，保温时间为3～5h；所述第二级固溶处理的温度为510～530℃，保温时间为5～7h；所述时效处理的温度为150～180℃，保温时间为16～24h。

6、优选的，所述铝合金基板的预热道次为2道次。

7、优选的，所述预热的条件包括：焊枪扫描速度为220～260mm/min，峰值电流为200～240a，峰值时间占比为28～32％，基值电流为22～26％，脉冲频率为1.2～3hz。

8、优选的，所述电弧熔丝增材制造的单层沉积层高为1.5～2.0mm。

9、优选的，所述al-cu-mg-ag合金丝材的直径为1.0～1.5mm。

10、优选的，所述电弧熔丝增材制造前，调整焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方的5～10mm处，调整送丝系统中送丝管的位置，使送丝管与焊枪之间的夹角为30～50°，并使送丝管与焊枪位于同一竖直平面。

11、优选的，所述al-cu-mg-ag合金丝材最前端位于钨极尖端正下方3～7mm处，且与铝合金基板间隔0.2～0.5mm。

12、优选的，随着沉积层数的增加，调整电弧熔丝增材制造的峰值电流为125～145a，峰值时间占比为27～28％，基值电流占比为13～24％。

13、优选的，所述低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的气孔率低于2％。

14、本发明提供了一种低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法，包括以下步骤：将铝合金基板进行预热，待预热完成后，启动送丝系统，使al-cu-mg-ag合金丝材在预热后的铝合金基板上进行电弧熔丝增材制造，焊枪扫描速度为220～260mm/min，送丝速度为260～300cm/min，脉冲频率为2～10hz，热丝电流为60～140a，峰值电流为125～220a，峰值时间占比为25～35％，基值电流占比为10～30％，保护气为氩气，所述氩气流量为18～22l/min，待电弧熔丝增材制造完成后，得到低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件。

15、本发明采用2～10hz低频率脉冲电弧以及60～140a热丝电流辅助进行增材制造，将丝材表面污染物有效去除，丝材质量提高，气体的逃逸速度大于金属的冷却速度，气体更易溢出，使得气孔的数量大大减少，改善了al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的气孔率。尤其是当脉冲频率为2～3hz时，得到的al-cu-mg-ag耐热铝合金结构件不但具有较低的气孔率，而且还具有良好的力学性能，表现为较高的抗拉强度和屈服强度以及较高的延伸率。

16、进一步的，本发明采用t6热处理工艺，固溶处理后，al-cu-mg-ag耐热铝合金析出大量ω强化相，而部分强化相在固溶作用下重新溶入到al基体中，形成过饱和的固溶体，大幅度提升al-cu-mg-ag耐热铝合金结构件的强度。

17、本发明采用电弧熔丝增材制造技术，可以缩短铝合金零件的制备周期，提高材料的利用率，从而节约时间和材料成本。

技术特征：

1.一种低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，待电弧熔丝增材制造完成后，还包括对所得构件进行t6热处理；所述t6热处理包括依次进行第一级固溶处理、第二级固溶处理和时效处理，所述第一级固溶处理的温度为490～510℃，保温时间为3～5h；所述第二级固溶处理的温度为510～530℃，保温时间为5～7h；所述时效处理的温度为150～180℃，保温时间为16～24h。

3.根据权利要求1所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述铝合金基板的预热道次为2道次。

4.根据权利要求1或3所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述预热的条件包括：焊枪扫描速度为220～260mm/min，峰值电流为200～240a，峰值时间占比为28～32％，基值电流为22～26％，脉冲频率为1.2～3hz。

5.根据权利要求1或2所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述电弧熔丝增材制造的单层沉积层高为1.5～2.0mm。

6.根据权利要求1或2所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述al-cu-mg-ag合金丝材的直径为1.0～1.5mm。

7.根据权利要求1或2所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述电弧熔丝增材制造前，调整焊枪的钨极尖端位于铝合金基板上方的5～10mm处，调整送丝系统中送丝管的位置，使送丝管与焊枪之间的夹角为30～50°，并使送丝管与焊枪位于同一竖直平面。

8.根据权利要求7所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述al-cu-mg-ag合金丝材最前端位于钨极尖端正下方3～7mm处，且与铝合金基板间隔0.2～0.5mm。

9.根据权利要求1或2所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，随着沉积层数的增加，调整电弧熔丝增材制造的峰值电流为125～145a，峰值时间占比为27～28％，基值电流占比为13～24％。

10.根据权利要求1、2、3或8所述的电弧熔丝增材制造方法，其特征在于，所述低气孔率al-cu-mg-ag耐热铝合金构件的气孔率低于2％。

技术总结
本发明提供了一种低气孔率Al‑Cu‑Mg‑Ag耐热铝合金构件的电弧熔丝增材制造方法，涉及耐热合金增材制造技术领域。本发明采用2～10Hz低频率脉冲电弧以及60～140A热丝电流辅助进行增材制造，将丝材表面污染物有效去除，丝材质量提高，气体的逃逸速度大于金属的冷却速度，气体更易溢出，使得气孔的数量大大减少，改善了Al‑Cu‑Mg‑Ag耐热铝合金构件的气孔率。进一步的，本发明采用T6热处理工艺，固溶处理后，Al‑Cu‑Mg‑Ag耐热铝合金析出大量Ω强化相，而部分强化相在固溶作用下重新溶入到Al基体中，形成过饱和的固溶体，大幅度提升Al‑Cu‑Mg‑Ag耐热铝合金结构件的强度。

技术研发人员：郭跃岭,闫杨予,胡锦龙,韩启飞,彭司弋,刘长猛,娄鹏,周睿宁
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13