技术摘要：
本发明公开了一种激光同轴送粉增材制造铝合金粉末及其在修复5系铝合金中的应用，按照质量百分比，由以下组份组成：Si：0.4～1.5wt％，Mg：0.5～5.0wt％，Cu：0.15～0.8wt％，Mn：0.05～0.9wt％，Zn：0.15～0.7wt％，Cr：0.01～1.0wt％，Ti：0.2～1.2wt％，Fe：0.1～2.0  全部
背景技术：
5xxx铝合金拥有中高等的强度以及良好的焊接性能、耐腐蚀性能，在交通运输和 结构工程专业有着广泛应用，比如桥梁、航空发动机零件以及机身蒙板、运输船、起重机。近 年来，随着国内外科技工业技术的发展，为了减轻机械本身的重量，铝合金逐渐代替了钢铁 材料。但是，铝合金在服役过程中往往会由于外界大的应力作用的影响，包括表面摩擦以及 往复的卸载和加载作用导致表面疲劳，产生裂纹以及孔隙等缺陷。因此，大量研究人员通过 激光修复以及热喷涂等技术来修复铝合金表面缺陷，减少因缺陷导致的材料浪费，降低成 本。 目前Al-Mg-Sc-Zr合金粉末直接用于激光修复存在很多问题和缺陷，修复涂层柱 状晶生长明显、枝晶间存在大量孔隙以及对于较宽面积修复容易开裂，导致修复层综合强 度低，抗疲劳性能低。目前已有的研究的专利都是用于粉末床激光增材制造的Al-Mg-Sc合 金粉末，直接用于激光同轴送粉增材制造，极易出现力学性能低下、裂纹等问题。因为粉末 床增材制造与送粉增材制造属于不同类型的增材制造方法，前者冷却速度快，晶粒不易长 大，力学性能高；但是后者晶粒易于长大，析出相较粗大。在公开号为CN109175350A的专利 中公开了一种用于增材制造的Al-Mg-Mn-Sc-Zr铝合金粉末及其制备方法，其通过添加Sc和 Zr元素来增强Al-Mg合金，虽然铝合金强度达到了450MPa，但是难避免在打印过程中会出现 裂纹孔洞等缺陷，并且很难消除其与基体材料之间的各向异性。更进一步而言，上述铝合金 粉末配方很难用于同轴送粉修复的工艺，因为在修复过程中，修复涂层柱状晶生长明显、存 在孔洞，用于大面积修复时非常容易开裂。在公开号为CN107881382A的专利中公开了一种 增材制造专用稀土改性高强铝合金粉体，该配方主要通过添加不同的稀土元素来优化Al- Mg合金体系来增加在增材制造工艺下合金强度，但是强度依然低于300MPa，主要是忽视其 他元素对合金强度提高的协同作用，该体系打印的零部件依然会存在各向异性以及柱状晶 占比大的情况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种综合性能优越、较宽面积修复无裂纹无孔隙、晶粒组织 细小无明显柱状晶以及耐疲劳、抗冲击性优良、具有优越熔覆性能的激光同轴送粉增材制 造铝合金粉末及其在修复5系铝合金中的应用。 本发明这种激光同轴送粉增材制造铝合金粉末，按照质量百分比，由以下组份组 成：Si：0.4～1.5wt％，Mg：0.5～5.0wt％，Cu：0.15～0.8wt％，Mn：0.05～0.9wt％，Zn：0.15 ～0.7wt％，Cr：0.01～1.0wt％，Ti：0.2～1.2wt％，Fe：0.1～2.0wt％，Zr：0.2～2.1wt％， 3 CN 111593238 A 说　明　书 2/6 页 Sc：0.2～2.1wt％，Ni：0.15～0.65wt％，TiB2：0.2～2.5wt％，Ce：0.1～0.9wt％，余量为Al。 优选的，所述的激光同轴送粉增材制造铝合金粉末，按照质量百分比，由以下组份 组成：Si：1.2wt％，Mg：4.6wt％，Cu：0.6wt％，Mn：0.5wt％，Zn：0.55wt％，Cr：0.7wt％，Ti： 0.9wt％，Fe：1.4wt％，Zr：0.9wt％，Sc：1.8wt％，Ni：0.45wt％，TiB2：2wt％，Ce：0.65wt％， 余量为Al。 优选的，所述的激光同轴送粉增材制造铝合金粉末，按照质量百分比，由以下组份 组成：Si：1.4wt％，Mg：5.0wt％，Cu：0.7wt％，Mn：0.7wt％，Zn：0.65wt％，Cr：0.8wt％，Ti： 1 .0wt％，Fe：1 .6wt％，Zr：1 .0wt％，Sc：2 .0wt％，Ni：0 .55wt％，TiB2：2 .2wt％，Ce： 0.75wt％，余量为Al。 所述的激光同轴送粉增材制造铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤： 1)真空熔炼 雾化：将组份中除TiB2外的金属单质按照配比，加入真空熔炼炉中， 进行熔炼，熔炼完毕后进行雾化制粉，得到初级合金粉末；2)球磨共混 干燥：向步骤1)中的 初级合金粉末中按照比例加入TiB2进行球磨共混，球磨完毕进行筛分和真空干燥后，得到激 光同轴送粉增材制造铝合金粉末。 所述步骤1)中，熔炼温度为550～650℃，炉内压力为0.6～0.7MPa；雾化气氛为氩 气，雾化气体压力3～7MPa，所制得初级合金粉末的平均粒度为100～160μm。 所述步骤2)中，球磨介质为无水乙醇，球磨转速为200rad/min，球磨时间为6～7h； 筛分后粉末的粒度为110～140μm，真空干燥温度为80～100℃，干燥时间为1～3h，真空度 为-1.0×105Pa。 一种根据上述激光同轴送粉增材制造铝合金粉末在修复5系铝合金中的应用。 根据上述的激光同轴送粉增材制造铝合金粉末修复5系铝合金的方法，包括以下 步骤： 利用三维探测5系铝合金受损位置，接着对受损部位打磨切削，再接着进行丙酮清 洗，然后通过同轴送粉激光修复。 所述的同轴送粉激光修复的工艺参数为： 激光间距为1mm； 激光能量范围为400～1000W； 激光扫描速度为400～800mm/min； 送粉速率为1000～1800mm3/min； 送粉气流量为5L/min。 本发明的原理：本发明同轴激光增材修复专用铝合金粉末材料，所述合金在传统 配方的基础上添加TiB2硬质相，消除了涂层向外生长的柱状晶组织，形成等轴晶粒，消除晶 间裂纹和孔洞的产生，同时细化组织结构和钉扎边界的移动，对修复层硬度和耐磨性能有 很大程度的提高。本发明同轴激光增材修复专用铝合金粉末材料，所述合金在传统配方的 基础上提高了Mg、Ti和Cr元素的含量，特别是Mg的含量提高至5％，以保证在该工艺下形成 元素的超饱和固溶以及Ti元素形成长程有序结构相，从而增强熔覆涂层的综合力学性能， 同时增加了Si元素的含量，在激光熔覆凝固后期形成共晶组织，用于补充快速凝固所带来 的热裂纹孔隙。本发明同轴激光增材修复专用铝合金粉末材料，所述合金在传统配方的基 础上增加了稀土元素Ce，其意义在于，Ce元素的加入具有细化第二相的作用并且呈弥散分 4 CN 111593238 A 说　明　书 3/6 页 布，使得Al3(Sc,Cr)、Mg2Si、Al5Fe(Ni,Cu)、Al3(Ni,Cu)等强化相形成纳米结构弥散相；同时 稀土元素的加入有助于细化晶粒，强化晶界，也起到了良好的脱氧作用。 本发明的有益效果： 1)根据同轴送粉工艺的特性，本发明在5系铝合金的基础上添加了Zn、Cr、Ti、Fe、 Ni、TiB2和Ce的有益元素，形成长程有序相以及孪晶相等第二相来形成元素协同强化，消除 材料各向异性，同时增加了Si元素的含量，在激光熔覆凝固后期形成共晶组织，用于补充快 速凝固所带来的热裂纹孔隙，用于补充快速凝固所带来的热裂纹孔隙。2)本发明目的在于 解决上述铝合金器件激光修复存在的问题，通过对5xxx铝合金成分进行调整和改善，提供 一种价格适中、性能优良稳定、强度高、无裂纹孔隙的铝合金激光修复用的合金粉末，以及 最优化的激光修复工艺。同时，也适用于作为其他牌号铝合金零部件的激光熔覆修复用高 强度合金粉末，应用前景广阔，可以产生重大的社会经济效益，在很大程度上降低成本。3) 本发明中的同轴激光增材修复专用高强度铝合金粉末材料，是在5系铝合金的基础上，对含 量成分进行了调整以及添加了合金基体强化元素，同时还考虑了各元素之间协同作用，使 涂层获得更加优越的综合性能。从而实现涂层在同轴送粉的工艺下获得无裂纹孔洞、均为 细小等轴晶组织、高强度、耐磨性能优越以及高的抗冲击性能的修复涂层，在根本上解决了 目前激光修复对于铝合金器件的修复存在在的问题和缺陷，包括修复涂层柱状晶生长明 显、枝晶间存在大量孔隙以及对于较宽面积修复容易开裂等问题。激光修复后，涂层部位结 合均为冶金结合，硬度最大可提高32HV0.2，抗拉强度达到320MPa，性能稳定，对于较宽面积 修复无裂纹产生。 附图说明 图1实施例1中雾化制粉的初级合金粉末的SEM图像； 图2实施例1～4修复前后铝合金零部件硬度变化； 图3实施例4中5系铝合金修复件； 图4实施例4中5系铝合金零部件修复区域拉伸强度曲线； 图5实施例4修复后金相显微组织。