一种铝合金及制备方法及其用于3D打印的使用方法 |
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| 申请号 | CN202410143184.0 | 申请日 | 2024-02-01 | 公开(公告)号 | CN117947318A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 南通金源智能技术有限公司; | 发明人 | 邓韵琦; 胡玉; 姜勇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 铝 合金 ，其成分为Cu：0.15‑0.4％；Si:0.5‑1.5％；Mg:0.8‑1.2％；Mn＜0.15％；Ti+Sr：0.5‑1.5％，Fe：＜0.7％,余量为铝及不可避免的杂质。其中Ti和Sr元素含量的关系本具体设置为当Ti元素含量小于0.5％，则固定添加0.6％的Sr。本发明还公开了上述配方的 铝合金 的制备方法以及应用到3D打印中的使用方法。本发明的优点在于：根据Ti含量的差异造成的不稳定相情况，调整了Sr的含量，从而可以避免在较低的Ti含量时出现严重的基体割裂，避免了打印时出现微裂纹与 缺陷 孔，从而提高了打印材料的致 密度 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种铝合金，其特征在于，由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： |
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| 说明书全文 | 一种铝合金及制备方法及其用于3D打印的使用方法技术领域背景技术[0002] 在铝合金是3D打印中常用的一种合金材料，其中6061铝材具有良好的可成型性、可焊接性、可机加工性能，被大量的应用，而6系合金中以铝镁合金使用最为广泛。然而，现有6061粉末增材制造打印制件会在制件内部出现大量缺陷孔及微裂纹，致密度不足 99.2％，性能差、使用存在安全隐患，阳极氧化后颜色不均等。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是如何提高6061铝材的致密度，针对上述要解决的技术问题，现提出一种铝合金。 [0004] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种铝合金，其由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： [0005] [0006] 余量为铝及不可避免的杂质； [0007] 所述Ti和Sr的含量被设置为，当Ti元素含量小于0.5％时，将Sr的质量百分比设置为0.6％。 [0008] 进一步的，所述Ti和Sr的含量被设置为，当Ti元素含量不小于0.5％时，将Sr的质量百分比设置为0.2％以上。 [0009] 作为优选的情况，该铝合金可以由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成 [0010] [0011] 余量为铝及不可避免的杂质。 [0012] 本发明的另一个目的是提供一种上述铝合金的制备方法，其按照目标比例添原材料，并按除铝以外的其他元素包裹在铝中间的结构对原材料进行放置；按顺序放好后将熔 炼温度提升700‑860℃，每20Min升15KW功率，达到设定温度后保温20‑30min，熔炼过程中使用惰性气体进行保护；保温后温度在800‑860℃保持20min后进行雾化，其中雾化压力1.5‑ 4MPa，负压‑15至‑30KPa，使用惰性气体雾化。 [0013] 进一步的，所述原材料按照单质材料进行添加，添加过程中，先将单质铝在底部铺平，然后将除铝以外的单质摆放在单质铝层上方的中心，最后在周围铺上铝单质。 [0014] 进一步的，所述原材料中除铝以外的元素按照与铝合金的形式添加，添加过程中，将铝和除铝以外的元素的铝合金放置中间层，其上下分别放置铝单质。 [0015] 进一步的，所述除铝以外的元素的铝合金包括Al‑Cu合金、Al‑Si合金、Al‑Mg合金、Al‑Mn合金、Al‑Ti合金、Al‑Sr合金和Al‑Fe合金，所述Al‑Cu合金、Al‑Si合金、Al‑Mg合金、Al‑Mn合金、Al‑Ti合金、Al‑Sr合金和Al‑Fe合金中的元素组成按照如权利要求1或2或3中的比例配置。 [0016] 进一步的，所述Al‑Cu合金中含Al70％，所述Al‑Si合金中含Al88‑90％，所述Al‑Mg合金中含Al50％，所述Al‑Mn合金中含Al50％，所述Al‑Ti合金中含Al10‑30％，所述Al‑Sr合金中含Al90％，所述Al‑Fe合金中含Al84‑94％。 [0017] 本发明还提供了一种铝合金用于3D打印的使用方法，其步骤包括，将1或2或3中的铝合金应用到3D打印中；应用时，打印粉末粒度D10设置在19μm以上，粉末颗粒度D90设置在 65μm以下；打印层厚为0.03‑0.06mm，扫描间距为0.1‑0.15mm，扫描功率为300‑370W，主体扫描速率为1000‑1600mm/s。 [0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： [0022] 图2为本发明中实施例1与对照组打印后的颜色鲜亮度对比图； [0023] 图3为本发明中实施例1与对照组的表面粗糙度的对比图。 具体实施方式[0024] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0025] 实施例1 [0026] 本具体实施例披露了一种铝合金，其由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： [0027] [0028] [0029] 余量为铝及不可避免的杂质； [0030] 所述Ti和Sr的含量被设置为，当Ti元素含量小于0.5％时，将Sr的质量百分比设置为0.6％。 [0031] 申请人通过对当前的主流6061铝材配方分析发现，偶尔发现的铝材表面性能差、阳极氧化后颜色不均匀的情况均与6061在打印时会形成单晶体针、片、骨骼状不稳定β‑ AlFeSi相有关，不稳定的β‑AlFeSi相会严重割裂基体，显著降低合金的韧性，导致粉体打印可焊性变差，容易出现微裂纹与缺陷孔。现有技术中虽然有对Sr加入铝合金有益性的研究，例如包括：1.强化作用：Sr可以与铝形成稳定的相互溶解体，使铝合金的晶界和位错发生阻尼作用，从而提高合金的强度、硬度和耐热性能。2.改善铸造性能：Sr在铝合金中的添加可以改善合金的流动性和凝固性，减少铸造缩孔和热裂纹的产生，提高铸件的组织致密性和 力学性能。3.改善耐腐蚀性能：Sr可以与铝形成稳定的氧化物膜，增强合金的耐腐蚀能力，尤其对于耐高温氧化、耐酸碱腐蚀和耐海水腐蚀有较好的效果。4.改善热处理性能：Sr可以加快铝合金的溶解速度和均匀化能力，提高热处理过程中的效果，使合金的组织更加均匀 稳定。并且现有技术中有注意到Sr添加量不同带来的不同效果。其添加量和添加方式对铝 合金的性能起到了重要的影响，合理的添加方式可以最大程度地发挥Sr在铝合金中的作 用。但是，由于缺乏对6061铝材性能差异的本质理解，在没有作用机理的推动下，很难得到Sr在具体应用中的合理添加量。 [0032] 申请人通过大量研究分析发现，当6061中的Ti含量大于0.5％，Ti元素含量在组织中饱和析出Al3TiMg2Si，形成位错钉扎，抑制其开裂倾向，此时即使少量添加Sr或不添加Sr，不稳定相β‑AlFeSi造成的开裂影响也会被Al3TiMg2Si相消解抵除。缺少对于这一原理的认知导致现有技术中对于Sr的添加量始终无法给出一个稳定的用量，例如现有技术中的铝合 金配方大多以添加0.2％左右的Sr作为规范，而这在不同的Ti含量要求下，无法保证对不稳定相β‑AlFeSi的影响消除。从而导致现有技术中的铝合金打印致密度低的问题。 [0033] 有鉴于申请人通过观察研究发现的Ti含量在小于0.5％时析出的β‑AlFeSi相会严重割裂基体，显著降低合金的韧性，且在Ti含量多于0.5％时，Ti元素含量在组织中饱和析出Al3TiMg2Si，形成位错钉扎抑制其开裂倾向的现象；从而可以准确的知晓在何种情况下对Sr的添加量进行调整，进而得出在Ti含量在小于0.5％时应添加相对足量的0.6％的Sr，从 而可以保持合金的性能。其中，在Ti含量小于0.5％的前提下固定添加0.6％的Sr可抑制β‑AlFeSi生成，并促使β‑AlFeSi转变为α‑AlFeSi相，α‑AlFeSi相呈六方体汉字状，结构稳定，促使初晶减少到最低限度，改善塑性，提升材料可焊性。 [0034] 而作为优选的，当Ti元素含量大于0.5％，则可以设置Ti+Sr，0.5‑1.5％。更为优选的，例如，可以配备0.2％及以上的Sr弱化不良影响，使得基体里有足够多的Al3TiMg2Si可以进一步优化基体性能。 [0035] 实施例2 [0036] 作为实施例1中的概述情况的一种优选的例子，该铝合金可以由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： [0037] [0038] 余量为铝及不可避免的杂质。 [0039] 实施例3 [0040] 作为实施例1中的概述情况的另一种优选的例子，该铝合金可以由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： [0041] [0042] 余量为铝及不可避免的杂质。 [0043] 实施例4 [0044] 作为实施例1中的概述情况的一种优选的例子，该铝合金可以由如下按照质量百分比含量设置的元素成分组成： [0045] [0046] 余量为铝及不可避免的杂质。 [0047] 按照上述实施例2‑4及对比例1中配比配置的粉末物理性能如下，其中对比例1中的Ti含量为0.2％，Sr含量为0，其余含量与实施例3中相同： [0048] [0049] [0050] 下表为上述实施例2‑4及对比例1中配比配置的粉末的微观组织特征参数和力学性能： [0051] 成形件 微裂纹数量 致密度％ 拉伸性能 延伸率‑4 实施例2 0.1×10 99.92％ 225MPa 8％ 实施例3 未检出 99.89％ 220MPa 9.5％ 实施例4 未检出 99.91％ 221MPa 8.5％ ‑4 对比例1 1.7×10 99.13％ [0052] 此外，参看图1‑图3中的彩图，是采用实施例3中的配比打印的型材金相图对比、颜色对比及粗糙度对比。其中，采用具体实施例3中的方案从金相图中可以看出致密度明显得到提升，颜色相比于对比例1也更为鲜亮且均匀，而粒度优化前后表面粗糙度由Ra50提升至Ra12.5。 [0053] 实施例5 [0054] 本具体实施例披露实施例1‑4中的铝合金的制备方法，其按照目标比例添原材料，并按除铝以外的其他元素包裹在铝中间的结构对原材料进行放置；按顺序放好后将熔炼温度提升700‑860℃，每20Min升15KW功率，达到设定温度后保温20‑30min，熔炼过程中使用惰性气体进行保护；保温后温度在800‑860℃保持20min后进行雾化，其中雾化压力1.5‑4MPa，负压‑15至‑30KPa，使用惰性气体雾化。 [0055] 作为优选的，原材料按照单质材料进行添加，添加过程中，先将单质铝在底部铺平，然后将除铝以外的单质摆放在单质铝层上方的中心，最后在周围铺上铝单质。 [0056] 作为优选的，所述原材料中除铝以外的元素按照与铝合金的形式添加，添加过程中，将铝和除铝以外的元素的铝合金放置中间层，其上下分别放置铝单质。 [0057] 优选的，所述除铝以外的元素的铝合金包括Al‑Cu合金、Al‑Si合金、Al‑Mg合金、Al‑Mn合金、Al‑Ti合金、Al‑Sr合金和Al‑Fe合金，所述Al‑Cu合金、Al‑Si合金、Al‑Mg合金、Al‑Mn合金、Al‑Ti合金、Al‑Sr合金和Al‑Fe合金中的元素组成按照如前实施例中比例配置。 [0058] 可行的，具体可以设置为所述Al‑Cu合金中含Al70％，所述Al‑Si合金中含Al88‑90％，所述Al‑Mg合金中含Al50％，所述Al‑Mn合金中含Al50％，所述Al‑Ti合金中含Al10‑ 30％，所述Al‑Sr合金中含Al90％，所述Al‑Fe合金中含Al84‑94％。 [0059] 实施例6 [0060] 本具体实施例披露了上述铝合金用于3D打印的使用方法，其步骤包括，将1或2或3中的铝合金应用到3D打印中；应用时，打印粉末粒度D10设置在19μm以上，粉末颗粒度D90设置在65μm以下；打印层厚为0.03‑0.06mm，扫描间距为0.1‑0.15mm，扫描功率为300‑370W，主体扫描速率为1000‑1600mm/s。 [0061] 作为优选的，制件打印结束后还包括去应力热处理过程，对表面进行粗糙度处理，达到规定要求粗糙度后，采用转包预处理及碱清洗加脱氧处理，最后进行硫酸阳极氧化。 [0062] 本发明根据Ti含量的差异造成的不稳定相情况，调整了Sr的含量，从而可以避免在较低的Ti含量时出现严重的基体割裂，避免了打印时出现微裂纹与缺陷孔，从而提高了 打印材料的致密度。 [0063] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。 [0064] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。 [0065] 以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。 |
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