耐热铝合金粉末材料及其应用制造技术

本发明专利技术提供了一种耐热铝合金粉末材料及其应用，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，余量为Al。本发明专利技术的粉末材料组织均匀、无明显偏析，室温、高温力学性能达到了耐温增材制造提出的苛刻要求，本发明专利技术的粉末材料在高温下，尤其是200

【技术实现步骤摘要】
耐热铝合金粉末材料及其应用


[0001]本专利技术涉及3D打印材料
，特别是涉及一种耐热铝合金粉末材料及其应用。

技术介绍

[0002]随着增材制造技术的发展，使其应用到越来越多的领域当中，但受制于材料发展缓慢，例如，传统耐热铝合金无法应用于增材制造工艺，导致增材制造的进一步应用受到限制。尤其是高温应用环境，不仅要求轻质、耐高温，而且对结构设计提出了更高的要求，因此，发展具备耐高温以及高稳定性的铝合金材料迫在眉睫。
[0003]现有技术中，中南大学开发出一种铝镍(Al
‑
Ni)合金材料，但该材料室温强度不够高，且几乎没有塑性，呈现明显脆性断裂；此外，该材料高温强度不强，材料抗蠕变的能力较差，无法进行实际应用。美国橡树岭实验室开发出一种铝锰铝铈(Al
‑
Mn
‑
Ce)合金材料，但该材料需要加入稀土元素，受制于成本因素，导致很难进行工业生产。此外，现有技术多选用混粉技术制作粉末材料，粉末均匀性存在较大问题，性能很难稳定，难以实现工业生产。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种耐热铝合金粉末材料及其应用，以解决现有技术中的粉末材料不具备耐高温、高稳定性以及抗蠕变能力差的问题。
[0005]本专利技术采取的技术方案是：
[0006]一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：
[0007]Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，
[0008]余量为Al；
[0009]所述的耐热铝合金粉末材料采用下述方法制备：
[0010]步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；
[0011]步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度≤100Pa，再充入惰性气体至大气压；
[0012]步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于790～1150℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1000～1300℃条件下保温静置10～15min，制得合金熔液；
[0013]步骤4，在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，得到原始粉末；
[0014]步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为10～30kg/次，混粉速率为200～1000转/分钟，混粉时长为15～30分钟/次；
[0015]步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为55～80℃，真空度要求≤1000Pa，烘干时长为6～8h。
[0016]本专利技术的优先技术方案中，所述方法还包括：
[0017]步骤7，对干燥处理后的粉末进行分级，分级选用超声波振动筛，过两道筛，第一道
选用500
‑
800目筛，加装气流引流，第二道选用200
‑
300目筛，取两道筛中间道次，即可得到符合增材制造成型要求的耐热铝合金粉末材料。
[0018]上述耐热铝合金粉末材料的应用，所述耐热铝合金粉末材料用于增材制造成型的打印工艺，所述打印工艺为光纤激光SLM打印工艺，所述打印工艺的条件为：
[0019]打印机板预热温度：100～180℃；
[0020]激光功率：360～380W；
[0021]扫描速度：1200～1500mm/s；
[0022]扫描间距：0.15～0.20mm；
[0023]扫描层厚：0.03～0.06mm；
[0024]区域重叠设定为0.1mm，区域宽度设定为10mm；
[0025]经过线切割、表面处理即可得到打印产品。
[0026]本专利技术的优先技术方案中，所述耐热铝合金粉末材料在增材制造成型前需进行干燥处理，放置在真空干燥箱中进行55～80℃烘粉，真空度要求≤1000Pa，烘干时长6～8h。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028]本专利技术的粉末材料中添加大量的Si元素以保证材料有足够的激光吸收以及熔池补缩能力，使其具有基本的激光增材实现条件；粉末材料中加入大量的Fe、Ni元素，借助激光增材快速冷却的效果选取远超成分固溶度的元素含量，使合金在成型过程中有大量的Al5(FeNi)相析出，使合金具有很高的抗高温蠕变能力；添加Mn元素不仅改善材料焊接性，还能够在成型过程中析出Al6Mn、初生Al(FeMn)Si相辅助材料的抗高温性能，同时还能够改善局部Fe过剩带来的开裂风险，最终使得该粉末材料具备耐高温、高稳定性的性能，且抗蠕变能力强。
[0029]实验结果表明，本专利技术的粉末材料组织均匀、无明显偏析，室温、高温力学性能达到了耐温增材制造提出的苛刻要求，沉积态室温性能达到抗拉强度538～574MPa，下屈服强度306～325MPa，延伸率4.9～5.5％；沉积态200℃性能达到抗拉强度340～356MPa，下屈服强度232～249MPa，延伸率13.7～14.9％；沉积态250℃性能达到抗拉强度255～269MPa，下屈服强度192～214MPa，延伸率13.4～16.7％；沉积态300℃性能达到抗拉强度173～197MPa，下屈服强度143～155MPa，延伸率7.9～9.5％；沉积态400℃性能达到抗拉强度83～95MPa，下屈服强度68～78MPa，延伸率7.6～8.5％；因此，本专利技术的粉末材料在高温下，尤其是200
‑
250℃温度下，性能表现优异。
[0030]此外，本专利技术无需添加稀土元素或复杂工艺包敷，成本更低，能够满足工业生产。本专利技术的粉末材料打印出的成型件无需进行热处理即可用于高温环境。本专利技术的粉末材料打印出的成型件探伤无缺陷，金相无缺陷，表面质量优异。
附图说明
[0031]图1是本专利技术第一实施例得到的粉末材料成型件的金相图。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本专利技术，下面将参照各实施例对本专利技术进行更全面的描述，但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施
例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0033]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0034]实施例1
[0035]一种耐热铝合金粉末材料，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：8.8wt％，Fe：3.5wt％，Ni：2.5wt％，Mn：3.0wt％，余量为Al。
[0036]所述粉末材料的原料为铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金的组合。
[0037]上述耐热铝合金粉末材料的制备方法，包括：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热铝合金粉末材料，其特征在于，所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Si：6.0～12wt％，Fe：2.0～5.0wt％，Ni：1.0～3.0wt％，Mn：1.0～4.0wt％，余量为Al；所述的耐热铝合金粉末材料采用下述方法制备：步骤1，称取所需量的原料铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金，并将其置于熔炼装置中；步骤2，将熔炼装置抽真空，至其真空度≤100Pa，再充入惰性气体至大气压；步骤3，将铝、铝硅合金、铝铁合金、铝镍合金、铝锰合金置于790～1150℃条件下熔炼成熔炼液后，再将熔炼液置于1000～1300℃条件下保温静置10～15min，制得合金熔液；步骤4，在熔炼装置中充入惰性气体，将制得的合金熔炼液用高速惰性气流雾化，将其破碎成小液滴后，得到原始粉末；步骤5，将步骤4所得原始粉末批混处理，混粉装粉量为10～30kg/次，混粉速率为200～1000转/分钟，混粉时长为15～30分钟/次；步骤6，批混处理后的粉末放置在真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度为55～80℃，真空度要求≤1000Pa，烘干时长为6～8h。2.根据权利要求1所述的耐热铝合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵春禄，胡万谦，李振民，
申请(专利权)人：江西宝航新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：