基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法技术

本发明专利技术涉及增材制造工程技术领域，涉及一种基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法，包括步骤1)以WE43镁稀土合金粉末为原料，采用激光粉末床熔融方法制备镁稀土合金工件；步骤2)在不进行固溶处理前提下，直接对步骤1)中制备的镁稀土合金工件时效热处理。本发明专利技术通过优选地工艺参数，基于激光增材制造成形镁稀土合金工件，然后实用更加适用于激光增材制造镁合金的热处理工艺，大幅度提高其力学性能。大幅度提高其力学性能。大幅度提高其力学性能。

【技术实现步骤摘要】
基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法


[0001]本专利技术涉及增材制造工程
，涉及一种基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法。

技术介绍

[0002]镁(Mg)合金具有密度低、比强度高、比刚度高等特点，在汽车、航天和航空领域具有明显的减重效果。由于其良好的生物相容性和生物降解性，在生物医学领域也越来越受欢迎。为了在许多关键工程领域中使用镁合金作为轻质承载构件，追求具有改善机械性能的镁合金一直是一个永恒的主题。镁稀土合金由于添加的稀土元素可以产生细化组织和合金化的作用，具有显著的时效强化效果，是高性能镁合金的一个重要类别。然而由于镁金属的密排六方结构在室温下成形性较差，因此制造高性能复杂结构的镁合金工件依然面临较大阻碍，这限制了镁合金在生产生活中的广泛应用。
[0003]激光粉末床熔融技术(LPBF)作为一种具有逐层累积和高冷却速率特点的先进制造技术。LPBF因其瞬时凝固速度，相比于传统成形制造技术，能显著改变成形材料溶质的过饱和度、相形成和元素扩散偏析行为，从而影响其力学强韧化机制，有望改善镁合金性能。
[0004]普遍而言，后的镁合金工件在交付使用前，还需要通过进一步的处理，特别是热处理来进一步提高其力学性能，然而，试验发现，由于LPBF沉积的整个制造过程中发生的快速加热和冷却循环，复杂的热历史导致镁合金形成独特的微观结构，传统镁合金成形件所采用的热处理制度，例如大量文献中以及实际生产制造中所采取的，固定搭配式的固溶+时效热处理工艺，对于LPBF沉积的镁合金式样并不适用，虽然可以实现一定程度的性能提升，但远远没有发挥出LPBF沉积的镁合金高温力学性能方面的较大潜力，这无疑限制了镁合金，特别是基于LPBF沉积成形的镁合金作为结构部件的广泛应用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目是提供一种基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法。通过优选地工艺参数，基于激光增材制造成形镁稀土合金工件，然后实用更加适用于激光增材制造镁合金的热处理工艺，大幅度提高其力学性能。
[0006]一种高性能镁稀土合金工件的成形方法，所述方法包括如下步骤：
[0007]步骤1)以WE43镁稀土合金粉末为原料，采用激光粉末床熔融方法制备镁稀土合金工件；
[0008]步骤2)在不进行固溶处理前提下，直接对步骤1)中制备的镁稀土合金工件时效热处理。
[0009]优选地，步骤2)中，时效热处理的处理温度为175℃
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225℃，时效热处理的处理时间为16
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128h。
[0010]优选地，步骤2)中，时效热处理的处理温度为175℃。
[0011]优选地，步骤2)中，时效热处理的处理时间为64
‑
128h。
[0012]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的扫描速度为500mm/s
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1100mm/s。
[0013]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的扫描速度800mm/s。
[0014]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的基板预热温度为200℃。
[0015]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的铺粉层厚为50um。
[0016]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的扫描间距为0.07mm。
[0017]优选地，步骤1)中，激光粉末床熔融的激光功率为80W。
[0018]本专利技术具有如下有益效果
[0019]本专利技术所提供的一种基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法，适用于激光粉末床熔融成形的镁稀土合金，成形的镁稀土合金在不经过任何固溶处理的情况下，经时效热处理后，镁稀土合金的微观组织中依旧包含大量纳米级沉淀物，晶粒尺寸没有明显变大，组织均匀致密。
[0020]在本专利技术一些实施例中，经175℃
×
64h时效热处理后，镁稀土合金工件的屈服强提升幅度可达24％；抗拉强度提升幅度可达13％；延伸率提升幅度达到了为58％；
[0021]在本专利技术一些优选的实施例中，进一步经175℃
×
128h时效热处理后，镁稀土合金的微观组织中析出大量大尺寸硬质沉淀物，LPBF WE43强度达到最大值；屈服强度增长幅度可超过25％；抗拉强度提升幅度达到16％。
[0022]本专利技术通过优化的LPBF工艺参数，同时打破镁合金热处理必须先固溶而后失效的传统思维定式，创新的仅仅通过时效方式进行镁合金的热处理，实现了LPBF成形镁稀土合金微观缺陷消失、组织均匀致密，本专利技术中的方法通过克服技术偏见，得到了性能异常优异的镁稀土合金制件，其性能远超采用传统制造方式和/或热处理方式所得到的镁稀土合金制件，为后续镁稀土合金的生产及使用奠定了重要基础。
附图说明
[0023]结合下述附图能更加充分的理解本专利技术具体的实施例，其中：
[0024]图1是本专利技术实施例中采用不同工艺参数所成形的WE43镁稀土合金式样的表面形貌图及孔隙率统计图；
[0025]图2是本专利技术实施例中采用最优工艺参数成形的WE43镁稀土合金式样的SEM及TEM图像；
[0026]图3是本专利技术实施例中未经过或经过不同时效热处理后的激光粉末床熔融最优工艺参数成形WE43镁稀土合金的断口图。
具体实施方式
[0027]下文将结合具体实施例对本专利技术的技术方案做更进一步的详细说明。应当理解，下列实施例仅为示例性地说明和解释本专利技术，而不应被解释为对本专利技术保护范围的限制。凡基于本专利技术上述内容所实现的技术均涵盖在本专利技术旨在保护的范围内。
[0028]实施例一:
[0029](1)材料为WE43镁稀土合金，将粉末装入商用BLT S210的3D金属打印机的送粉舱内。
[0030](2)试验设置基板预热到200℃，激光功率为80W，扫描速度为800mm/s，并设定扫描间距为0.07mm。
[0031](3)在基板上打印的两组φ30mm
×
400mm的式样。
[0032]实施例二：
[0033]本实施例与实施例一不同之处在于改变了激光成形过程中的扫描间距这一工艺参数，具体是：将扫描速度设定为500mm/s，其它与实施例一相同。
[0034]实施例三：
[0035]本实施方案与实施例一不同之处在于改变了激光成形过程中的扫描间距这一工艺参数，具体是：将扫描速度设定为1100mm/s，其它与实施例一相同。
[0036]图1为通过实施例1
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3所成形的WE43镁稀土合金式样表面形貌及孔隙率示意图；
[0037]对不同实施例成形的式样进行观察发现，如图1中(a1)、(a2)部分所示，当扫描速度为800mm/s时，孔隙率为99.86％，熔池深度为80.17um；
[0038]如图1中(b1)、(b2)部分所示，扫描速度为500mm/s时，孔隙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于激光粉末床熔融超固溶特性及后热处理工艺的镁稀土合金高性能成形方法，其特征在于，包括如步骤：步骤1)以WE43镁稀土合金粉末为原料，采用激光粉末床熔融方法制备镁稀土合金工件；步骤2)在不进行固溶处理前提下，直接对步骤1)中制备的镁稀土合金工件时效热处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，时效热处理的处理温度为175℃
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225℃，时效热处理的处理时间为16
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128h。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)中，时效热处理的处理温度为175℃。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤2)中，时效热处理的处理时间为64
‑
128h。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李坤，陈雯，朱亮，董志华，蒋斌，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：