本發(fā)明屬于激光增材制造，具體涉及一種高強(qiáng)共晶鋁合金及其激光粉末床熔融制備方法。
背景技術(shù)：
1、增材制造（additive?manufacturing,?am），又稱(chēng)3d打印，是一種通過(guò)逐層堆積材料來(lái)制造三維實(shí)體零件的先進(jìn)制造技術(shù)。與傳統(tǒng)制造方法相比，增材制造具有設(shè)計(jì)自由度高、材料利用率高以及能夠制造復(fù)雜幾何形狀等優(yōu)勢(shì)，因此在航空航天、汽車(chē)、能源和生物醫(yī)療等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。鋁合金因其低密度、高比強(qiáng)度以及良好的耐腐蝕性，成為增材制造中備受關(guān)注的材料體系之一。然而，傳統(tǒng)鋁合金（如al-si系列）在高溫性能和強(qiáng)度方面存在一定局限性，難以滿(mǎn)足極端工況下的應(yīng)用需求。近年來(lái)，al-ce（鋁-鈰）合金因其獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，逐漸成為增材制造領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
2、al-ce合金是一種以鈰（ce）為主要合金化元素的鋁合金體系。鈰的加入不僅能夠細(xì)化晶粒，還能形成熱穩(wěn)定性極高的金屬間化合物，從而顯著提高合金的室溫力學(xué)性能和高溫性能。此外，al-ce合金在快速凝固條件下能夠形成均勻的微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步優(yōu)化其力學(xué)性能。研究表明，增材制造的al-ce合金在室溫下其抗拉強(qiáng)度通常在250-400?mpa范圍內(nèi)，屈服強(qiáng)度可達(dá)200-300?mpa。此外，al-ce合金的顯微硬度通常在100-150?hv0.2之間。當(dāng)前增材制造al-ce合金的抗拉強(qiáng)度在250-400?mpa之間，難以滿(mǎn)足航空航天、汽車(chē)等領(lǐng)域?qū)Ω邚?qiáng)度材料的需求；隨著輕量化需求的提升，開(kāi)發(fā)更高強(qiáng)度的鋁合金成為關(guān)鍵，以替代傳統(tǒng)鋼材，實(shí)現(xiàn)減重和節(jié)能減排。因此，有待開(kāi)發(fā)一種新型的鋁合金材料以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種高強(qiáng)共晶鋁合金及其激光粉末床熔融制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)制造鍛造鋁合金時(shí)，鋁合金性能難以滿(mǎn)足服役環(huán)境需求的問(wèn)題。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：
3、一種高強(qiáng)共晶鋁合金，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括：ce?5%~9%，mg?6%~8%，mn?0.3%~0.7%，ca?0.1%~0.5%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)；
4、所述高強(qiáng)共晶鋁合金中包括α-al基體相和al11ce3共晶相，還含有二次相顆粒almg。
5、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：
6、優(yōu)選的，所述almg相的尺寸為0.2?um～2?um。
7、一種上述高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，包括以下步驟：
8、步驟1，按照設(shè)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)配置鋁合金粉末；
9、步驟2，將鋁合金粉末通過(guò)激光粉末床熔融制備，獲得高強(qiáng)共晶鋁合金。
10、優(yōu)選的，步驟1中，所述鋁合金粉末的粒度為15~53?um。
11、優(yōu)選的，步驟2中，激光粉末床熔融的能量密度為80~110?j/mm3，掃描速度為700~1500?mm/s，激光功率為200~400?w。
12、優(yōu)選的，還包括步驟3，將高強(qiáng)共晶鋁合金進(jìn)行退火處理。
13、優(yōu)選的，所述退火處理溫度為250℃，退火處理時(shí)間為2h。
14、優(yōu)選的，s2制備獲得的高強(qiáng)共晶鋁合金屈服強(qiáng)度為350?mpa~400?mpa，抗拉強(qiáng)度為550?mpa~580?mpa，延伸率為2?%~3.5?%，平均硬度為150~170?hv0.2。
15、優(yōu)選的，步驟2中，激光粉末床制備鋁合金制件前，對(duì)激光粉末床進(jìn)行預(yù)熱。
16、優(yōu)選的，所述高強(qiáng)共晶鋁合金屈服強(qiáng)度為340?mpa~380?mpa，抗拉強(qiáng)度為440?mpa~560?mpa，延伸率為1?%~3?%，平均硬度為130~152?hv0.2。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
18、本發(fā)明公開(kāi)了一種高強(qiáng)共晶鋁合金及其激光粉末床熔融制備方法，屬于鋁合金技術(shù)領(lǐng)域。合金組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：ce?5%~9%，mg?6%~8%，mn?0.3%~0.7%，ca?0.1%~0.5%余量為al和不可避免的雜質(zhì)，通過(guò)激光粉末床熔融方式進(jìn)行鋁合金材料的制備，獲得鋁合金材料；所述激光粉末床熔融的能量密度保持在80~110j/mm3之間，掃描速度在0.7~1.5m/s之間，激光功率在200~400?w之間。通過(guò)上述成分以及制備過(guò)程工藝參數(shù)的控制，能夠獲得高強(qiáng)共晶鋁合金。增材制造過(guò)程中，快速冷卻和溫度梯度易引發(fā)熱應(yīng)力，導(dǎo)致開(kāi)裂，本發(fā)明鋁合金中的共晶組織由于分布均勻，使得能夠減少局部應(yīng)力集中，進(jìn)而在應(yīng)力作用下能發(fā)生塑性變形，吸收部分應(yīng)力，進(jìn)而緩解應(yīng)力。共晶組織中的細(xì)小相能有效阻礙裂紋擴(kuò)展，且共晶相與基體間的相界能阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展，從而減小開(kāi)裂的可能。
19、本發(fā)明中通過(guò)在al-ce合金體系中加入mg、mn、ca元素，該三種元素提供固溶強(qiáng)化，在al-ce合金體系中生成的al11ce3共晶相能降低打印過(guò)程中開(kāi)裂的可能，且通過(guò)加入高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的mg元素在熔池底部形成了0.2?um～2?um的呈顆粒狀分布的almg二次相，al11ce3共晶相及二次相顆粒共同實(shí)現(xiàn)第二相強(qiáng)化，固溶強(qiáng)化和第二相強(qiáng)化的作用下能夠共同阻礙位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度；晶粒結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)雙峰晶粒結(jié)構(gòu)，細(xì)小晶粒分布在熔池底部，提供細(xì)晶強(qiáng)化貢獻(xiàn)，進(jìn)一步的提高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，借助增材制造的方法，制備獲得的鋁合金能夠達(dá)到340~400?mpa的屈服強(qiáng)度、440~580mpa的抗拉強(qiáng)度、1?%~3.5?%的延伸率、130~170?hv0.2平均硬度，本發(fā)明獲得的鋁合金在航天、航空、軍工等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，可顯著提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。
1.一種高強(qiáng)共晶鋁合金，其特征在于，以質(zhì)量百分比計(jì)，包括：ce?5%~9%，mg?6%~8%，mn0.3%~0.7%，ca?0.1%~0.5%，余量為al和不可避免的雜質(zhì)；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)共晶鋁合金，其特征在于，所述almg相的尺寸為0.2um～2?um。
3.一種權(quán)利要求1所述高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟1中，所述鋁合金粉末的粒度為15~53?um。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟2中，激光粉末床熔融的能量密度為80~110?j/mm3，掃描速度為700~1500?mm/s，激光功率為200~400?w。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，還包括步驟3，將高強(qiáng)共晶鋁合金進(jìn)行退火處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，所述退火處理溫度為250℃，退火處理時(shí)間為2h。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，s2制備獲得的高強(qiáng)共晶鋁合金屈服強(qiáng)度為350?mpa~400?mpa，抗拉強(qiáng)度為550?mpa~580?mpa，延伸率為2?%~3.5%，平均硬度為150~170?hv0.2。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高強(qiáng)共晶鋁合金的制備方法，其特征在于，步驟2中，激光粉末床制備鋁合金制件前，對(duì)激光粉末床進(jìn)行預(yù)熱。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高強(qiáng)共晶鋁合金，其特征在于，所述高強(qiáng)共晶鋁合金屈服強(qiáng)度為340?mpa~380?mpa，抗拉強(qiáng)度為440?mpa~560?mpa，延伸率為1?%~3?%，平均硬度為130~152?hv0.2。