一种增材制造用铝合金粉体、铝合金件及其制备方法

本发明属于增材制造材料，具体涉及一种增材制造用铝合金粉体、铝合金件及其制备方法。

背景技术：

1、高强铝合金由于具有高比强度、低密度、低成本、较好的耐腐蚀性能等优点，可以作为轻型高强结构材料，已广泛应用于汽车、船舶、航天航空领域等民用及军工领域。7xxx系(al-zn-mg-cu)铝合金是高强铝合金的一种，然而7xxx高强铝合金由于凝固温度范围非常广，在基于高能束流的增材制造过程中受到较大的残余应力的影响，非常容易产生热裂纹，从而急剧降低材料的成形性和力学性能。此外，通过调整打印过程中的工艺参数通常难以获得无裂纹且致密度优异(＞99％)的零部件。因此，急需开发出面向增材制造的无裂纹7xxx系高强铝合金材料。

技术实现思路

1、针对现有技术中使用7xxx系铝合金制备得到的铝合金件容易出现热裂纹缺陷，影响材料力学性能的问题，提供一种增材制造用铝合金粉体、铝合金件及其制备方法。

2、本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

3、一方面，本发明提供一种增材制造用铝合金粉体，以质量百分比计，包括以下组分：

4、zn含量为7～13％，mg含量为2～4％，cu含量为1～3％，sc含量为1～2％,ta含量为0.3～0.8％，其他元素含量为0～1％，余量为al。

5、可选的，zn含量为9～11％，mg含量为2.5～4％，cu含量为1.5～3％，sc含量为1.2～1.8％,ta含量为0.4～0.6％，其他元素含量为0～0.5％，余量为al。

6、可选的，所述sc与ta的质量比例为2:1～3:1。

7、可选的，所述增材制造用铝合金粉体的粒度均为10～100μm。

8、另一方面，本发明提供了如上所述的增材制造用铝合金粉体的制备方法，包括以下步骤：

9、将zn、mg、cu、sc、ta和al充分混合，得到增材制造用铝合金粉体；

10、混合后，将增材制造用铝合金粉体置于真空环境下干燥。

11、另一方面，本发明提供的一种铝合金件，由所述的增材制造用铝合金粉体制备得到。

12、可选的，所述铝合金件的制备方法，包括以下操作步骤：

13、将铝合金粉体置于增材制造设备中，3d打印成形，得到铝合金件。

14、可选的，所述增材制造为激光增材制造。

15、可选的，所述激光增材制造的激光能量密度为60～120j/mm3。

16、可选的，所述激光增材制造的激光功率为300～400w，所述激光扫描速率为100～1500mm/s。

17、根据本发明提供的铝合金粉体，添加ta和sc，所述sc和所述ta与zn、mg、cu和al共混合，共混合过程中发生化学反应，产生一种高效的异质形核剂al3(sc，ta)利于初生铝的形核，在增材制造铝合金材料的内生形核剂中，al3sc为l12晶型且没有其他同素异构体较稳定，另一方面，ta在高温熔池迅速冷却的过程也能形成l12晶型的al3ta从而细化晶粒；此外，sc和所述ta在铝合金中的形状限制因子值较大，能在铝合金晶粒长大过程中有效地限制晶粒的生长实现晶粒细化，进而有利于消除裂纹，以提高铝合金件的力学性能。

技术特征：

1.一种增材制造用铝合金粉体，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的一种增材制造用铝合金粉体，其特征在于，zn含量为9～11％，mg含量为2.5～4％，cu含量为1.5～3％，sc含量为1.2～1.8％,ta含量为0.4～0.6％，其他元素含量为0～0.5％，余量为al。

3.根据权利要求1所述的一种增材制造用铝合金粉体，其特征在于，所述sc与ta的质量比例为2:1～3:1。

4.根据权利要求1所述的一种增材制造用铝合金粉体，其特征在于，所述增材制造用铝合金粉体的粒度均为10～100μm。

5.如权利要求1～4任一项所述的一种增材制造用铝合金粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.一种铝合金件，其特征在于，由如权利要求1～4任意一项所述的增材制造用铝合金粉体制备得到。

7.根据权利要求6所述的一种铝合金件的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

8.根据权利要求7所述的一种铝合金件的制备方法，其特征在于，所述增材制造为激光增材制造。

9.根据权利要求8所述的一种铝合金件的制备方法，其特征在于，所述激光增材制造的激光能量密度为60～120j/mm3。

10.根据权利要求8所述的一种铝合金件的制备方法，其特征在于，所述激光增材制造的激光功率为300～400w，所述激光扫描速率为100～1500mm/s。

技术总结
为克服现有技术中7xxx系(Al‑Zn‑Mg‑Cu)铝合金制备得到的铝合金件容易出现热裂纹缺陷，影响材料力学性能的问题，本发明提供一种增材制造用铝合金粉体，以质量百分比计，包括以下组分：Zn含量为7～13％，Mg含量为2～4％，Cu含量为1～3％，Sc含量为1～2％,Ta含量为0.3～0.8％，其他元素含量为0～1％，余量为Al。同时，本发明还公开了包括上述铝合金粉体的铝合金件及制备方法。本发明在铝合金粉体中添加Ta和Sc，与Zn、Mg、Cu及Al共混合，产生高效的异质形核剂Al<subgt;3</subgt;(Sc，Ta)，Al<subgt;3</subgt;Sc为L1<subgt;2</subgt;晶型且没有其他同素异构体，较稳定；另一方面，Ta在高温熔池冷却过程也能形成L1<subgt;2</subgt;晶型的Al<subgt;3</subgt;Ta从而细化晶粒；此外，Sc和Ta在铝合金中的形状限制因子值较大，也能协同实现晶粒细化，消除裂纹提高铝合金件的力学性能。

技术研发人员：黎兴刚,李干,颜元明,黄禹赫,刘银,王元
受保护的技术使用者：南方科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17