【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于激光增材制造，更具体地，涉及一种激光增材制造用铝锂合金材料、其制备方法和应用。
技术介绍
1、相比于传统铝合金材料，铝锂合金拥有更低的密度与更高的比强度、比刚度，不止这些，铝锂合金还有优异的低温性能、耐腐蚀性能，在航空航天领域得到非常广泛的应用。随着高端大型设备对构件的要求越来越高，其结构要求高自由度、轻量化、复杂化等，传统铸锻焊加工手段难以完成构件制备工序，而激光选区熔化(selective laser melting，slm)技术作为激光增材制造应用最广泛的一种，其能够一体化制备出兼具复杂形状和高端精密的高性能铝锂合金。
2、但是截至目前为止，研究激光增材制造技术制备铝锂合金的学者不多，没有形成完善的材料设计与制备体系，而且成形的铝锂合金构件存在着裂纹及各向异性等共性问题，由于激光束的移动熔化及熔池内存在较大的温度梯度，熔池发生凝固时产生急剧收缩导致残余应力的产生，极易引发裂纹产生，同时柱状晶具有择优取向生长，构件组织与性能存在着各向异性。
3、因此，基于上述问题，亟需设计出一种可以改善激光增材制造产生裂纹、高残余应力及各向异性等共性问题的新型铝锂合金材料构件及其制备方法。
4、目前，中国专利技术专利文献cn116287913 a公开了一种增材制造用微量元素改性铝锂合金粉末及其制备方法，通过电极感应熔炼真空气雾化方法制备铝锂合金粉末并进行slm成形，但该方法没有提及制备粉末过程中对金属mg与li元素的烧损蒸发并产生大量烟尘，导致设备不能正常工作，影响粉末的制备状态与质量，同时
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种激光增材制造用铝锂合金材料、其制备方法和应用，以解决现有铝锂合金激光增材制造方法带来的开裂、高残余应力与各向异性问题，获得兼顾强度和塑性的综合力学性能优异且高轻量化的铝锂合金材料制件。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种铝锂合金材料，其元素配比以质量百分比计包括：3.5-4.6％的cu、1-2％的mg、0.1-1.5％的li、0.1-1.2％的sc、0.1-1.2的zr、0.1-1.2％的y，其余为al。
3、优选地，所述的铝锂合金材料，其元素配比以质量百分比计包括：4-4.3％的cu、1.6-1.9％的mg、0.8-1.2％的li、0.8-1.2％的sc、0.4-0.6的zr、0.1-0.4％的y，其余为al。
4、优选地，所述的铝锂合金材料，以质量百分比计，杂质元素含量o<0.001％、c<0.005％、s<0.002％、p<0.002％。
5、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种铝锂合金材料构件，由所述的铝锂合金材料经激光增材制造得到。
6、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种所述的铝锂合金材料构件的制备方法，包括如下步骤：
7、(1)采用真空感应熔炼对所述的铝锂合金材料熔炼得到合金熔液；
8、(2)对步骤(1)所述合金熔液通过雾化喷嘴进行冲击破碎，使其雾化成金属液滴，待金属液滴凝固成金属粉末，经过旋风分离系统将金属粉末收集并筛分，得到增材制造用铝锂合金材料粉末；
9、(3)对所述铝锂合金材料构件建立三维模型，并通过切片软件切成二维扫描轨迹；
10、(4)将步骤(2)所述铝锂合金材料粉末放入激光增材制造设备的送粉工作仓，预热基板；按照步骤(3)所述二维扫描轨迹逐层成形三维铝锂合金材料预制件；
11、(5)对所述铝锂合金材料预制件进行直接时效热处理，得到所述铝锂合金材料构件。
12、优选地，步骤(1)所述真空感应熔炼，其真空度≤0.03pa，工作氧含量≤500ppm，熔炼温度为600-750℃。
13、优选地，步骤(2)所述雾化其雾化时压力为1.8-2.9mpa。
14、优选地，步骤(2)收集并筛分得到的铝锂合金材料粉末的粒径范围为15-54μm。
15、优选地，步骤(4)所述激光增材制造的激光功率为300-450w，扫描速率为1000-2600mm/s，扫描间距为0.08-0.15mm，层厚为0.03-0.06mm。
16、优选地，步骤(5)所述直接时效热处理温度为100-400℃，时间为2-14小时；进一步优选的，所述直接时效热处理温度为150-250℃，时间为6-8小时。
17、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
18、(1)本专利技术提供的一种激光增材制造用铝锂合金材料，通过粉末成分元素种类设计以及含量调控成形构件的强化方式和微观组织，最终产品可以得到优异的抗拉轻度、屈服强度、硬度及延展性等；其中，添加元素y可以大大改善铝锂合金粉末的激光吸收率，激光熔化粉末后，液态熔池可以吸收较高的激光能量，在相同冷却速率下，更高的激光吸收率会导致熔池温度更高，从而降低熔池中液态金属的动态粘度，提高其流动性，可以有效抑制裂纹产生同时减小热残余应力，大幅度提升了其性能，扩展激光增材制造工艺窗口，拓宽其应用领域范围。
19、(2)本专利技术通过制备新型铝锂合金粉末后，采用激光增材制造技术成形构件，其中添加形核剂元素sc、zr可以与li形成al3(sc，zr，li)相，它与基体具有高度相似晶体结构，匹配度优异，相比al3sc、al3zr具有更低的晶格错配度与熔点，在激光熔化时熔点更低的物相优先熔化，具有更多的体积分数，可以有效填充晶间裂纹，降低凝固裂纹倾向，同时al3(sc，zr，li)相领先基体相凝固析出，作为一种晶粒细化剂，可以增加柱状晶向等轴晶转变几率，同时引发细小晶粒形核，防止快速凝固过程中热撕裂，大大提升构件性能。
20、(3)本专利技术提出的铝锂合金材料构建制备方法能够改善激光增材制造打印过程中产生的开裂与高残余应力共性问题，减轻残余应力与保持高沉淀强化效果；本专利技术提出激光增材制造得到三维铝锂合金材料预制件后，采用直接时效热处理来解决激光增材制造固有的高残余应力共性问题。激光增材制造过程中，激光熔化合金粉末并凝固，其中存在较高的温度梯度与极高熔化冷却速率，会出现高残余应力同时合金元素更多的固溶于基体中，产生晶格畸变，大大降低材料韧塑性，后期加工极易引发构件翘曲开裂。本专利技术实验中通过比较不同的热处理方法，发现相比较传统的固溶处理+时效热处理工艺，本专利技术采用直接时效热处理制备得到的铝锂合金材料构件，构件的残余应力明显降低、强度得到提升。可能的原因是针对本专利技术激光增材制造铝锂合金这一特定的元素组成，构件基体已经存在众多过饱和固溶体(不同元素溶解度不一样，达到临界值合金元素就不在固溶于基本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铝锂合金材料，其特征在于，其元素配比以质量百分比计包括：3.5-4.6％的Cu、1-2％的Mg、0.1-1.5％的Li、0.1-1.2％的Sc、0.1-1.2的Zr、0.1-1.2％的Y，其余为Al。
2.如权利要求1所述的铝锂合金材料，其特征在于，其元素配比以质量百分比计包括：4-4.3％的Cu、1.6-1.9％的Mg、0.8-1.2％的Li、0.8-1.2％的Sc、0.4-0.6的Zr、0.1-0.4％的Y，其余为Al。
3.如权利要求1所述的铝锂合金材料，其特征在于，以质量百分比计，杂质元素含量O<0.001％、C<0.005％、S<0.002％、P<0.002％。
4.一种铝锂合金材料构件，其特征在于，由如权利要求1至3任一项所述的铝锂合金材料经激光增材制造得到。
5.如权利要求4所述的铝锂合金材料构件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述真空感应熔炼，其真空度≤0.03Pa，工作氧含量≤500ppm，熔炼温度为600-7
7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述雾化其雾化时压力为1.8-2.9Mpa。
8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)收集并筛分得到的铝锂合金材料粉末的粒径范围为15-54μm。
9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述激光增材制造的激光功率为300-450W，扫描速率为1000-2600mm/s，扫描间距为0.08-0.15mm，层厚为0.03-0.06mm。
10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(5)所述直接时效热处理温度为100-400℃，时间为2-14小时，优选的，所述直接时效热处理温度为150-250℃，时间为6-8小时。
...【技术特征摘要】
1.一种铝锂合金材料，其特征在于，其元素配比以质量百分比计包括：3.5-4.6％的cu、1-2％的mg、0.1-1.5％的li、0.1-1.2％的sc、0.1-1.2的zr、0.1-1.2％的y，其余为al。
2.如权利要求1所述的铝锂合金材料，其特征在于，其元素配比以质量百分比计包括：4-4.3％的cu、1.6-1.9％的mg、0.8-1.2％的li、0.8-1.2％的sc、0.4-0.6的zr、0.1-0.4％的y，其余为al。
3.如权利要求1所述的铝锂合金材料，其特征在于，以质量百分比计，杂质元素含量o<0.001％、c<0.005％、s<0.002％、p<0.002％。
4.一种铝锂合金材料构件，其特征在于，由如权利要求1至3任一项所述的铝锂合金材料经激光增材制造得到。
5.如权利要求4所述的铝锂合金材料构件的制备方法，其特征在于，包括如...
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