制造铝合金零件的方法技术

本发明专利技术涉及一种制造零件(20)的方法，该方法包括形成彼此叠置的连续的金属层(20

Methods of manufacturing aluminum alloy parts

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造铝合金零件的方法
本专利技术的
为一种实施增材制造(fabricationadditive)技术来制造铝合金零件的方法。
技术介绍
自20世纪80年代以来，增材制造技术得到发展。与旨在移除材料的机械加工技术不同，这些技术包括通过添加材料来形成零件。增材制造以前局限于原型设计(prototypage)，目前可用于制造一系列工业产品，包括金属零件。根据法国标准XPE67-001，术语“增材制造”被定义为“可通过添加材料来逐层由数字对象制造物理对象的一组方法”。标准ASTMF2792(2012年1月)也定义了增材制造。不同的增材制造方法在标准ISO/ASTM17296-1中也有定义和记载。使用增材制造来制备具有低孔隙率的铝零件记载于专利文件WO2015/006447中。通常通过施加所谓的填充材料，然后使用激光束、电子束、等离子炬或电弧型的能量源来熔化或烧结填充材料来进行连续层的施加。无论应用何种增材制造方法，每次增加的层的厚度等于约几十或几百微米。其他出版物记载了使用粉末或丝材形式的铝合金作为填充材料。GuJ.的出版物“Wire-ArcAdditiveManufacturingofAluminium”Proc.25thInt.SolidFreeformFabricationSymp.,2014年8月,UniversityofTexas,451-458记载了一种称为WAAM(“Wire+ArcAdditiveManufacturing(丝材+电弧增材制造)”的首字母缩写)的增材制造方法的应用实例，所述实例使用铝合金制备用于航空领域的低孔隙率零件。WAAM方法基于电弧焊。其包括在一层之上依次堆叠不同的层，每一层对应于由丝材形成的焊缝。该方法可获得最高达3kg/h的相对大累积重量的沉积材料。当使用铝合金进行该方法时，铝合金通常为2319型合金。Fixter出版物“PreliminaryInvestigationintotheSuitabilityof2xxxAlloysforWire-ArcAdditiveManufacturing”研究了使用WAAM方法由多种铝合金制造的零件的机械性能。更特别地，在铜含量保持为以质量计4％至6％的情况下，作者改变了镁含量并在WAAM方法中数字模拟了2xxx合金的热开裂敏感性(经常被称为“hotcrackingsusceptibility”)。作者得出结论，最佳镁含量为1.5％，并且铝合金2024是特别适合的。作者不推荐在增材制造方法中使用2139型铝合金。其他出版物记载了使用特定的铝合金作为填充材料。Alcoa提交的专利文件WO2016/145382公开了一种基于铝的材料，所述基于铝的材料具有高体积百分比(1至30体积％)的至少一个陶瓷相。由此公开的材料特别是含有大量的钛(约3％)。此外，Microturbo提交的专利文件WO2016/142631公开了一种用于制备压缩机的材料，该材料具有特别是包含3.17％钛的A20XTM合金基材。最后，Ind.Tech.Res.Inst.提交的专利文件EP3026135公开了一种使用主要包含硅的合金通过增材制造来制造零件的方法。BriceC.的题为“Precipitationbehaviorofaluminumalloy2139fabricatedusingadditivemanufacturing”MaterialScienceandEngineering648(2015)9-14(以下称为Brice2015)的文件公开了使用增材制造方法，其中填充金属是通过在真空室内暴露于电子束的丝材形成的。在该文件中，零件形成为壁的形状。为了补偿由于低压导致的镁蒸发，形成填充金属的合金含有过量的镁。由此形成的零件具有可接受的硬度。然而，由于其镁含量的变化太大，机械性能水平可由零件的一个点变化到另一个点，并且特别是根据所形成的壁的高度而变化。这种异质性与某些
(例如航空学)的要求不相适应。可使用其他增材制造方法。例如以非限制性方式可提及熔化或烧结粉末形式的填充材料。这可涉及激光烧结或熔化。专利申请US2017/0016096公开了一种通过局部熔化来制造零件的方法，所述熔化通过将粉末暴露于电子束或激光束类型的能量束而获得。该方法也称为“SelectiveLaserMelting(选择性激光熔化)”的缩写词SLM或“ElectronBeamMelting(电子束熔化)”的缩写词“EBM”。该粉末由一种铝合金形成，所述铝合金的铜含量以重量计为5％至6％，其镁含量以重量计为2.5％至3.5％。通过增材制造获得的铝零件的机械性能取决于形成填充金属的合金，并且更确切地取决于其组成，以及所应用的热处理。专利技术人已确定了一种合金组成，当该合金组成用于增材制造方法时，能够获得具有优异的机械性能水平的零件。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是一种制造零件的方法，该方法包括形成彼此叠置的连续的固体金属层，每一层描绘出由一种数值模型定义的图案，每一层通过以下步骤形成：沉积称为填充金属的金属，对所述填充金属进行能量输入以熔化和通过固化而构成所述层，该方法在大于大气压力0.5倍的压力下实施，所述方法的特征在于填充金属为2xxx系铝合金，所述2xxx系铝合金至少包含以下合金元素：-Cu，其质量分数为3％至7％；-Mg，其质量分数为0.1％至0.8％；-选自以下的至少一种元素或至少两种元素或甚至至少三种元素：·Mn，其质量分数为0.1％至2％，优选至多1％且最优选至多0.8％；·Ti，其质量分数为0.01％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；·V，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；·Zr，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；·Cr，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；和-任选地选自以下的至少一种元素或至少两种元素或甚至至少三种元素：·Ag，其质量分数为0.1％至0.8％；·Li，其质量分数为0.1％至2％，优选0.5％至1.5％；·Zn，其质量分数为0.1％至0.8％。这样的镁含量能够限制开裂风险。应注意，镁含量特别是小于专利申请US2017/0016096中公开的含量。专利技术人预计，镁含量太高会导致开裂风险，这与某些应用(例如在航空工业中)的要求不相适应。这是镁含量以重量分数计优选不超过0.8％且优选不超过0.6％的原因。Mn、Ti、V、Zr和Cr元素可导致形成弥散相或薄金属间相，从而使所得材料的硬度提高。Cu、Mg、Zn和Li元素可通过沉淀硬化或通过其对固溶体性能的影响而对材料的强度产生作用。所述合金还可包括至少一种以下元素：-Fe，其质量分数为至多0.8％；-Si，其质量分数为至多1％。当根据常规制造方法由通过浇铸获得的合金制造零件时，这两种元素通常被认为是杂质。通常认为，这两种元素能够劣化以此方式制造的零件的机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造零件(20)的方法，所述方法包括形成彼此叠置的连续的固体金属层(20

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170414 FR 17/533151.一种制造零件(20)的方法，所述方法包括形成彼此叠置的连续的固体金属层(201…20n)，每一层描绘出由一种数值模型(M)定义的图案，每一层通过以下方式形成：沉积称为填充金属的金属(15，25)，对所述填充金属进行能量输入以熔化和通过固化而构成所述层，该方法在大于大气压力0.5倍的压力下实施，所述方法的特征在于填充金属(15，25)为2xxx系铝合金，所述2xxx系铝合金至少包含以下合金元素：
-Cu，其质量分数为3％至7％；
-Mg，其质量分数为0.1％至0.8％；
-选自以下的至少一种元素或至少两种元素或甚至至少三种元素：
·Mn，其质量分数为0.1％至2％，优选至多1％且最优选至多0.8％；
·Ti，其质量分数为0.01％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；
·V，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；
·Zr，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；
·Cr，其质量分数为0.05％至2％，优选至多1％且最优选至多0.3％；和
-任选地选自以下的至少一种元素或至少两种元素或甚至至少三种元素：
·Ag，其质量分数为0.1％至0.8％；
·Li，其质量分数为0.1％至2％，优选0.5％至1.5％；
·Zn，其质量分数为0.1％至0.8％。


2.根据权利要求1的方法，其中所述铝合金还包括至少一种以下元素：
-Si，其质量分数为至多1％；
-Fe，其质量分数为至多0.8％。


3.根据前述权利要求中任一项的方法，其中所述2xxx系合金选自AA2022、AA2050、AA2055、AA2065、AA2075、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2395、AA2098、AA2039和AA2139，并且优选选自AA2075、AA2094、AA2095、AA2195、AA2295、AA2395、AA2039和AA2139。


4.根据前述权利要求中任一项的方法，其中Cu的质量分数为4％至6％。

【专利技术属性】
技术研发人员：B·谢哈布，B·贝斯，C·沙布里奥尔，M·勒杜，T·欧黛夫瑞，
申请(专利权)人：肯联铝业技术中心，
类型：发明
国别省市：法国;FR