一种航空发动机专用3D打印铝合金粉末、制备方法、其应用和3D打印方法

本发明属于金属材料合金化，具体涉及到一种航空发动机专用3d打印铝合金粉末、制备方法、其应用和3d打印方法。

背景技术：

1、al-cu-mg-ag合金是在２系（al-cu）变形耐热铝合金基础上发展起来的一种新型耐热铝合金，因其比强度高、韧性好、耐热性能好、耐腐蚀性能好而在航空航天、交通运输等领域得到广泛应用。合金中mg原子团簇和mg-ag原子共聚团簇会逐步演变而析出ω相，ω相具有良好热稳定性，可以在高温下长期存在而几乎不发生聚集长大和粗化，因此al-cu-mg-ag合金具有优异的耐高温性能。

2、激光粉末床熔融技术具有设计自由度高，材料利用率高，成本低，具冷却速率较高等优点，在激光快速凝固过程中可能发生组织细化、固溶硬化和形成亚稳相等非平衡冶金现象，有利于提高激光加工材料的性能。al-cu-mg-ag合金以其低密度、高强度和疲劳强度等优点被广泛认为是一种有价值的结构材料，广泛应用于航空航天和汽车工业。

3、近年来轻质合金的需求与日俱增，激光粉末床熔融技术是制造2系铝合金零件的一种很有前途的技术，显著节约了成本和时间，彻底改变了传统的制造工艺。但其冶金缺陷严重限制了其应用，由于较高的凝固速率和相应的循环热负荷逐层重复沉积，产生了更多缺陷。此外，al具有高激光反射率、高热导率、高氧亲和性等固有特性，导致铝合金开裂等。对于航空航天领域的应用，铝合金材料的高温力学性能也是个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、本发明的其中一个目的是提供一种航空发动机专用3d打印铝合金粉末，。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种航空发动机专用3d打印铝合金粉末，包含cu、mg、ag、mn、zr、ti、si，其中，按照质量百分比计，cu为6%~6.5%、mg为0.6%~0.8%、ag为0.15%~0.3%、mn为0.3%~0.5%、zr为0.05%~0.15%、ti为0.1%~0.2%、si为0.1%~0.2%、余量为al和不可避免的杂质。

5、作为本发明航空发动机专用3d打印铝合金粉末的一种优选方案，其中： mg和ag的质量百分比应满足mg/ag≤5；

6、mg和cu的质量百分比应满足cu/mg≥6；

7、mg和si的质量百分比应满足mg/si>2。

8、作为本发明航空发动机专用3d打印铝合金粉末的一种优选方案，其中：按照质量百分比计，cu为6%、mg为0.8%、ag为0.2%、mn为0.3%、zr为0.05%、ti为0.15%、si为0.1%、余量为al和不可避免的杂质。

9、本发明的另一个目的是提供如上述所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法，包括，

10、根据上述所述的质量百分比，称取各组分，配制原料，采用真空熔炼法对其进行熔炼，制得合金熔液；

11、将所述合金熔液均匀加入气体雾化室内进行气雾化处理，制得合金粉末。

12、作为本发明航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法的一种优选方案，其中：所述进行熔炼，真空度为4~6×10-3pa，熔炼温度为750~850℃。

13、作为本发明航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法的一种优选方案，其中：所述进行气雾化处理，雾化压力为5~6 mpa。

14、作为本发明航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法的一种优选方案，其中：所述进行气雾化处理，于氩气氛围下进行，氩气的纯度为99.99%。

15、本发明的另一个目的是提供如上述所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末在3d打印中的应用。

16、本发明的另一个目的是提供一种3d打印方法，包括，

17、将上述所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末进行筛分、干燥处理；经过所述干燥处理后进行3d打印；

18、所述进行筛分，筛分后航空发动机专用3d打印铝合金粉末的粒径为50~95μm；

19、其中，所述3d打印为激光粉末床熔融。

20、本发明的另一个目的是提供如上述所述的3d打印方法得到的合金，包含cu、mg、ag、mn、zr、ti、si，其中，按照质量百分比计，cu为6%~6.5%、mg为0.6%~0.8%、ag为0.15%~0.3%、mn为0.3%~0.5%、zr为0.05%~0.15%、ti为0.1%~0.2%、si为0.1%~0.2%、余量为al和不可避免的杂质；

21、其中，mg和ag的质量百分比应满足mg/ag≤5；mg和cu的质量百分比应满足cu/mg≥6；mg和si的质量百分比应满足mg/si>2。

22、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

23、本发明通过合理设计各合金元素之间的比例，结合真空熔炼法和气雾化制粉技术，制备出航空发动机专用3d打印铝合金粉末，球形度高、流动性好、纯度高、氧含量低，且成本低，环境污染小。利用本发明的航空发动机专用3d打印铝合金粉末经激光3d打印出的成形件致密度高、冶金缺陷低、力学性能优良，具有晶界强化、沉淀强化等多种强化机制，且高温稳定性良好，显著降低了现有3d打印铝合金的热裂性。

技术特征：

1.一种航空发动机专用3d打印铝合金粉末，其特征在于：包含cu、mg、ag、mn、zr、ti、si，其中，按照质量百分比计，cu为6%~6.5%、mg为0.6%~0.8%、ag为0.15%~0.3%、mn为0.3%~0.5%、zr为0.05%~0.15%、ti为0.1%~0.2%、si为0.1%~0.2%、余量为al和不可避免的杂质。

2. 如权利要求1所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末，其特征在于： mg和ag的质量百分比应满足mg/ag≤5；

3.如权利要求1或2所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末，其特征在于：按照质量百分比计，cu为6%、mg为0.8%、ag为0.2%、mn为0.3%、zr为0.05%、ti为0.15%、si为0.1%、余量为al和不可避免的杂质。

4.如权利要求1~3中任一项所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法，其特征在于：包括，

5.如权利要求4所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法，其特征在于：所述进行熔炼，真空度为4~6×10-3pa，熔炼温度为750~850℃。

6. 如权利要求4或5所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法，其特征在于：所述进行气雾化处理，雾化压力为5~6 mpa。

7.如权利要求6所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末的制备方法，其特征在于：所述进行气雾化处理，于氩气氛围下进行，氩气的纯度为99.99%。

8.如权利要求1所述的航空发动机专用3d打印铝合金粉末在3d打印中的应用。

9.一种3d打印方法，其特征在于：包括，

10.如权利要求9所述的3d打印方法得到的合金。

技术总结
本发明公开了一种航空发动机专用3D打印铝合金粉末、制备方法、其应用和3D打印方法，3D打印合金粉末包含Cu、Mg、Ag、Mn、Zr、Ti、Si，其中，按照质量百分比计，Cu为6%~6.5%、Mg为0.6%~0.8%、Ag为0.15%~0.3%、Mn为0.3%~0.5%、Zr为0.05%~0.15%、Ti为0.1%~0.2%、Si为0.1%~0.2%、余量为Al和不可避免的杂质。本发明的航空发动机专用3D打印铝合金粉末制备出的铝合金成形件，致密度高、表面质量好、室温和高温力学性能优良，生产成本低。

技术研发人员：李瑞迪,华倩,袁铁锤
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15