权利要求
1.一种耐热
铝合金材料，其特征在于，以质量百分比计，所述耐热
铝合金材料的组分包括：0.5-6%的Fe、0.5-6%的Cr、0.5-3%的Ti、≤2%但不为0的Mn、≤2%但不为0的Sc、≤2%但不为0的Zr、余量为Al及不可避免的杂质;
所述耐热铝合金材料的微观组织结构中，内部呈现双峰晶粒组织，熔池边界主要为等轴晶，熔池中心为柱状晶，熔池边界与熔池中心还弥散分布有准晶及金属间化合物强化相。
2.根据权利要求1所述的耐热铝合金材料，其特征在于，300℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>260MPa，屈服强度>220MPa，延伸率≥10%;350℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>180MPa，屈服强度>160MPa，延伸率≥10%。
3.根据权利要求1所述的耐热铝合金材料，其特征在于，所述耐热铝合金材料的组分还包括0.2-4.0 %的Ce。
4.根据权利要求1所述的耐热铝合金材料，其特征在于，所述耐热铝合金材料的组分中包括：0.2-2.0%的Mn、0.2-1.5%的Sc、0.2-1.5%的Zr，所述耐热铝合金材料的微观组织结构中含有20-40vol%弥散分布的二十面体纳米准晶相。
5.根据权利要求1-4任一项耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行激光熔化打印工艺;其中，激光功率为200-400W，扫描速度为600-2000mm/s，扫描间距为0.06-0.18mm;
S2、高温下去应力退火。
6.根据权利要求5所述耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，去应力退火工艺中升温速率为5-15℃/min，保温温度为200-400℃，保温时间为2-10h。
7.根据权利要求5所述耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速≤130 s/50g，球形度≥0.85。
8.根据权利要求5或7所述耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：(1)原料熔炼;(2)雾化制粉;(3)粉末筛分;其中，原料熔炼温度为1000-1300℃，雾化气体压力为2.0-3.0MPa。
9.根据权利要求8所述的耐热铝合金材料的制备方法，其特征在于，所述耐热铝合金原料粉末的粒度范围为15-53μm。
10.根据权利要求1-4任一项所述耐热铝合金材料在增材制造中的应用。
说明书
技术领域
[0001]本发明属于增材制造铝合金技术领域，具体涉及一种耐热铝合金材料及其制备方法与应用。
背景技术
[0002]轻量化是航空航天等领域实现“双碳”目标的核心需求，铝合金作为轻量化结构材料的代表倍受行业青睐。增材制造可根据数字模型实现零部件净成型，则成为了轻量化结构制造的首选制备工艺。目前，
低空经济愈加发达，飞行器不断追求性能提升，小型高性能发动机需求越发旺盛，亟需可在300~400℃长期服役的增材制造用耐热铝合金，取代高密度传统金属材料。
[0003]目前，取得广泛商业应用的增材制造铝合金仅限于AlSi12、AlSi10Mg等少数铝硅系合金，而2系和7系等传统高强铝合金因其较宽的凝固区间，在增材制造复杂热应力环境下极易产生严重的热裂纹倾向。此外，传统高强铝合金依赖纳米沉淀相时效强化，300~400℃高温下因溶质原子快速扩散和Ostwald熟化效应导致沉淀相粗化，强度急剧下降;加之增材制造逐层凝固带来热影响区物相粗化，以及高温度梯度带来极大热应力的特性，传统耐热铝合金材料通常成形性较差，当其被用于增材制造成型时易出现热裂纹或宏观开裂等冶金缺陷，导致非常不理想的力学性能，无法直接应用于增材制造技术上，这也造成在300~400℃温度区间无轻质增材制造铝合金材料可用的窘境。因此，亟需开发出适合增材制造的高强耐热
铝合金粉末以提高铝合金成型品的性能。
[0004]中国专利CN118880132A公开了一种增材制造用高屈强比Al-Mg合金粉末材料及其制备方法与应用，其使用Mg、Mn、Zr、Ti、Ce、Si等元素的Al-Mg合金粉末材料，结合激光增材制造过程形成了Al3Zr、Al3Ti与Al3(Ce,Zr)纳米弥散相以及Mg2Si强化相，所制备的铝合金屈服强度500MPa以上，延伸率可达到12.5%。中国专利CN118773489A公开了一种耐热高强铝合金及其制备方法，其通过气雾化筛分和增材制造结合，利用Mn、Sc、Zr和Nd等元素的配合形成金属间化合物，提高了铝合金的高温力学性能。然而，以上铝合金在高温下的力学性能仍具有较大的提升空间。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种耐热铝合金材料及其制备方法，以解决传统铝合金材料用于增材制造成型时易出现热裂纹或宏观开裂，成型产品力学性能差的问题。通过优化铝合金粉末原料配比、粉末原料制备方法、铝合金材料制备方法等工艺条件，使铝合金粉末原料能够匹配300-400℃时的增材制造需求，制备出无裂纹和开裂、高温力学性能优异的铝合金。
[0006]为了解决以上问题，本发明是通过以下方案实现的：
首先，本发明提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：0.5-6%的Fe、0.5-6%的Cr、0.5-3%的Ti、≤2%但不为0的Mn、≤2%但不为0的Sc、≤2%但不为0的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0007]进一步地，所述耐热铝合金材料的微观组织结构中，内部呈现双峰晶粒组织，熔池边界主要为等轴晶，熔池中心为柱状晶，熔池边界与熔池中心还弥散分布有准晶及金属间化合物强化相。进一步地，300-400℃时，所述耐热铝合金材料的延伸率≥10%。
[0008]进一步地，300℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>260MPa，屈服强度>220MPa;350℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>180MPa，屈服强度>160MPa。
[0009]进一步地，所述耐热铝合金材料的组分还包括0.2-4.0%的Ce。
[0010]进一步地，所述耐热铝合金材料的组分中包括：0.2-2.0%的Mn、0.2-1.5%的Sc、0.2-1.5%的Zr。
[0011]优选地，所述耐热铝合金材料的微观组织结构中含有20-40vol%弥散分布的二十面体纳米准晶相。
[0012]进一步地，本申请提供了一种耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行激光熔化打印工艺;
S2、高温下去应力退火。
[0013]进一步地，激光熔化打印工艺中激光功率为200-400W，扫描速度为600-2000mm/s，扫描间距为0.06-0.18mm。
[0014]进一步地，去应力退火工艺中升温速率为5-15℃/min，保温温度为200-400℃，保温时间为2-10h。
[0015]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速≤130 s/50g，球形度≥0.85。
[0016]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：(1)原料熔炼;(2)雾化制粉;(3)粉末筛分;其中，原料熔炼温度为1000-1300℃，雾化气体压力为2.0-3.0MPa。
[0017]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的粒度范围为15-53μm。
[0018]进一步地，本申请还提供了所述耐热铝合金材料在增材制造中的应用。
[0019]本发明的有益效果:
[0020](1)本发明通过设计以过渡族(Fe、Cr、Ti等)元素和
稀土(Sc、Zr、Ce等)元素为主合金化的Al合金成分，利用增材制造快速凝固特性抑制粗大AlFe针状析出相，同时提高合金元素极限固溶度，在铝基体中形成足够数量的高温耐热弥散强化相，如富含Al、Fe、Cr、Ti二十面体准晶相、Al13(Cr, Fe)2-4金属间化合物;利用稀土元素Sc、Zr在初生强化相表面的析出Al3(Sc, Zr)等共格纳米析出相，抑制高温下组织的粗化及溶解，从根本上解决了传统铝合金在在增材制造过程中出现的开裂、力学强度差等问题。
[0021](2)本申请通过特定组分配方和特定制备方法所得的铝合金材料内部为细化的双峰晶粒组织，熔池边界为等轴晶，熔池中心为柱状晶，细等轴晶抑制裂纹扩展，与柱状晶协同提高合金强塑性;熔池边界与中心弥散分布着大量准晶、金属间化合物强化相，赋予了该耐热合金材料优异的高温性能。
[0022](3)本申请的耐热合金材料在300℃时，抗拉强度>260MPa，屈服强度>220MPa，延伸率≥10%;350℃时，抗拉强度>180MPa，屈服强度>160MPa，延伸率≥10%;且性能各向异性低。
[0023](4)本申请增材制造用铝合金材料具有成型性优异、无裂纹、高强度、高耐热性等优异的力学性能，可以满足工业上对高强耐热、轻量化、复杂结构铝合金的需求。
附图说明
[0024]图1：实施例2耐热铝合金原料粉末的扫描电镜图。
[0025]图2：实施例2耐热铝合金材料的光学显微镜图。
[0026]图3：实施例2耐热铝合金材料的扫描电镜图。
[0027]图4：实施例2铝合金材料的相分布图。
[0028]图5：实施例3铝合金材料的高温拉伸测试应力应变曲线。
[0029]图6：实施例4铝合金材料的高温拉伸测试应力应变曲线。
[0030]图7：实施例2铝合金材料的耐热强化相形貌与分布图。
具体实施方式
[0031]下面将结合本发明实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：0.5-6%的Fe、0.5-6%的Cr、0.5-3%的Ti、≤2%但不为0的Mn、≤2%但不为0的Sc、≤2%但不为0的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0033]本申请的耐热铝合金材料为Al-Fe-Cr-Ti体系铝合金，各元素作用如下：
Fe：与Cr协同作用形成准晶相，是Al-Fe-Cr-Ti体系铝合金中准晶结构的核心元素，提升合金的高温强度，抑制颗粒粗化，维持准晶相在高温下的稳定性;但有限固溶于Al基体，使用过量时将析出粗大针状Al13Fe4相，导致合金出现裂纹，孔隙率提升致密度下降。在0.5-6%的含量区间内，可使Fe与Cr形成较好的搭配，平衡铝合金强度与致密性。
[0034]Cr：与Fe共同稳定准晶结构，减少晶格畸变。低扩散速率减缓高温下相变，延缓准晶分解为稳定金属间化合物。Cr在高温环境下可以形成致密的氧化铬层，改善抗氧化性能。添加量过少时晶界偏析弱，0.5-6%是Cr的最佳用量区间。
[0035]Ti：作为强形核剂，生成高温稳定性优异的Al3Ti金属间化合物，促进Al的非均匀形核，显著细化准晶相颗粒，减少热裂纹，提高强度和韧性，提高合金的高温强度和硬度。但当其用量过多时将导致Al3Ti粒子粗化进而降低合金强度。
[0036]铝合金中的以上三种元素相互作用，共同影响Al-Fe-Cr-Ti体系铝合金基体的组织结构，提升其力学强度。
[0037]进一步地，所述耐热铝合金材料的微观组织结构中，内部呈现双峰晶粒组织，熔池边界主要为等轴晶，熔池中心为柱状晶，熔池边界与熔池中心还弥散分布有二十面体准晶及金属间化合物强化相。
[0038]耐热铝合金材料中的双峰晶粒组织具有优异的强塑性协同作用;其中，柱状晶可减少晶界数量，降低气孔或未熔合缺陷概率，并能提供较高的抗拉强度。等轴晶具有较高硬度，可与软质柱状晶协同，延缓应变局部化，提升合金延伸率。另外，柱状晶和等轴晶交错分布可阻碍裂纹扩展，提升合金的疲劳性能。本申请的铝合金材料中构建了多级防御强韧化体系，等轴晶作为裂纹屏障，柱状晶为载荷通道，二十面体准晶提高合金耐高温性能，并通过弥散强化阻碍位错运动，提升屈服强度，还与金属间化合物强化相共同发挥作用提供极端环境稳定性并实现力学强化。以上组织的存在和分布可保证铝合金延伸率≥10%，300℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>260MPa，屈服强度>220MPa;350℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>180MPa，屈服强度>160MPa。
[0039]优选地，所述耐热铝合金材料的微观组织结构中含有20-40vol%弥散分布的二十面体纳米准晶相。二十面体纳米准晶相为硬质相阻碍位错运动，准晶/基体界面共格性高，可有效延缓裂纹萌生，有利于合金力学强度;还因其高形核率形成弥散分布，具有高的热稳定性(430℃分解)，是非常优异的高温强化相。二十面体纳米准晶的形成依赖于Al-Fe-Cr-Ti体系铝合金成分设计和制备工艺，以上所述Al中Fe、Cr、Ti元素的相对量可形成特定的化学计量比范围，促进纳米准晶的形成，若化学计量比偏移则将导致晶体相(如Al13Fe4)竞争过多地析出;而在制备工艺端，也必须复配特定的熔体保温温度和冷却过程，才能保证合金中含有弥散分布的纳米准晶相。
[0040]进一步地，300℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>260MPa，屈服强度>220MPa;350℃时，所述耐热铝合金材料的抗拉强度>180MPa，屈服强度>160MPa。
[0041]进一步地，所述耐热铝合金材料的组分还包括0.2-4.0%的Ce。添加Ce元素一方面可去除O/S等杂质，减少合金表面气孔;另一方面能吸附于晶界降低界面能，促进等轴晶生长;还可与Al基体生成AlCe等高熔点金属间化合物，提升高温强度。
[0042]进一步地，所述耐热铝合金材料的组分中包括：0.2-2.0%的Mn、0.2-1.5%的Sc、0.2-1.5%的Zr。
[0043]Mn参与形成二十面体准晶相，提高合金的耐热性和耐腐蚀性，还可与Ce作用形成AlMnCe高熔点金属间化合物，但其含量过高时则将导致合金致密度下降。Sc和Zr均可细化组织晶粒、促进Al3(Sc, Zr)等共格纳米析出相，抑制动态再结晶，提升合金高温强度;但Sc含量过高时，粗大Al3Sc易聚集成为裂纹源，降低合金塑性;而Zr含量过高时，脆性Al3Zr相粗化，尺寸到达微米级别，不利于合金延伸率。本申请的合金材料中存在多元素交互作用和协同调控作用，如Sc/Zr形成Al3(Sc，Zr)，Ti促进Al3(Ti，Zr)析出，共同细化晶粒; Sc成本较高，复合添加Ti形成Al3(Sc，Ti)可兼顾晶粒细化和强化作用，减少Sc用量，但Ti含量过高时，Al3(Sc，Ti)中Ti占比增加，钉扎能力降低，合金抗拉强度下降。因此，控制体系中Sc含量为0.2-1.5%，Zr含量为0.2-1.5%，Ti含量为0.5-3%可表现出最优异的增效作用，有效细化晶粒，抑制有害相，优化析出强化相等以改善铝合金力学性能。
[0044]进一步地，本申请提供了一种耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行激光熔化打印工艺;
S2、高温下去应力退火。
[0045]进一步地，激光熔化打印工艺中基板预热温度50-200℃，激光功率为200-400W，扫描速度为600-2000mm/s，扫描间距为0.06-0.18mm。
[0046]在Al-Fe-Cr-Ti铝合金基体中添加Sc、Zr、Mn、Ce等元素，可通过细化晶粒、抑制有害相、提升高温稳定性等方面优化合金性能，然而这些元素的作用效果高度依赖增材制造工艺参数，因其直接影响熔池热力学行为(温度梯度、冷却速率、热循环)及元素分布。其中，激光功率直接影响熔池温度及热输入量，进而调控元素的溶解度和相形成动力学。如低功率下，由于铝合金粉末对红外激光高的反射率，Sc/Zr无法充分溶解与扩散，Al3(Sc，Zr)析出相数量减少且分布不均，Mn难以充分扩散，粗大Al6Mn相增多;高功率下，Al3(Sc，Zr)析出相粗化，低熔点元素烧损率也将提升，部分元素蒸发导致成分偏离设计值。扫描速度通过主导熔池冷却速率和温度梯度而影响元素偏析倾向与晶粒形态;低速扫描时温度梯度大，柱状晶外延生长占主导，Sc/Zr的异质形核作用被抑制，热裂纹敏感性高;适当高速扫描时冷却速率提升，促进双峰晶粒结构协同变形，提高合金延伸率;但扫描速度太高将加剧熔体非平衡凝固，导致元素偏析，降低合金综合性能。扫描间距决定层间重熔区域的热累积效应，进而影响元素的扩散均匀性与强化相在熔池不同区域的尺寸大小、数量和分布。0.06-0.18mm的扫描间距可使该铝合金提高成形效率的同时，最大地保障了成型件的尺寸精度和致密度。
[0047]进一步地，去应力退火工艺中升温速率为5-15℃/min，保温温度为200-400℃，保温时间为2-10h。低速升温将导致Al3(Sc，Zr)、Al3Ti等晶粒粗化，成为裂纹源，但高速升温时，合金中的残余应力消除不彻底，增加了服役变形风险。保温温度决定相平衡状态及晶界结构重组，热处理温度过低导致残余应力消除不完全，合金零件易变形;温度过高会导致强化相粗化，组织晶粒长大，降低合金强度。只有合适的升温速率、保温温度和时间，才能同步实现残余应力消除和纳米相稳定性保持。
[0048]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速≤130 s/50g，球形度≥0.85。霍尔流速≤130 s/50g可保障高效铺粉与高致密度，避免未熔合缺陷;球形度≥0.85 能提升激光吸收率与成分均匀性，抑制裂纹/气孔。
[0049]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：(1)原料熔炼;(2)雾化制粉;(3)粉末筛分;其中，原料熔炼温度为1000-1300℃，雾化气体压力为2.0-3.0MPa。
[0050]进一步地，所述耐热铝合金原料粉末的粒度范围为15-53μm。
[0051]进一步地，本申请还提供了所述耐热铝合金材料在增材制造中的应用。
[0052]实施例1
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：0.5-6%的Fe、0.5-6%的Cr、0.5-3%的Ti、余量为Al及不可避免的杂质。
[0053]优选地还包括0.2-4.0%的Ce、0.2-2.0%的Mn、0.2-1.5%的Sc和0.2-1.5%的Zr。
[0054]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1000nm~1100nm红外光，基板预热温度50-200℃，激光功率为200-400W，扫描速度为600-2000mm/s，扫描间距为0.06-0.18mm，层厚0.03-0.06mm。
[0055]S2、高温下去应力退火，具体为以5-15℃/min的升温速率升温至200-400℃保温，保温时间为2-10h，结束后进行炉冷或空冷冷却。
[0056]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于
真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1000-1300℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为2.0-3.0Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm的合金原料粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速≤130 s/50g，球形度≥0.85。
[0057]实施例2
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Fe、4%的Cr、3%的Ti、余量为Al及不可避免的杂质。
[0058]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1000nm红外光，基板预热温度130℃，激光功率为330W，扫描速度为1400mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03mm。
[0059]S2、高温下去应力退火，具体为以10℃/min的升温速率升温至260℃保温，保温时间为3h，结束后进行空冷冷却;所制备耐热铝合金材料的致密度为99.2%。
[0060]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1100℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为2.6Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm(D10为20.09μm;D50为35.63μm;D90为56.17μm)的合金原料粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速为121s/50g，球形度为0.87。
[0061]附图1为原料粉末的扫描电镜图，由图可知，本申请所制备的原料粉末为球形粉末。
[0062]附图2和附图3分别为本申请铝合金材料的打印态腐蚀金相的光学显微镜图和扫描电镜图，由图可知，本申请所制备的铝合金材料不存在空洞、焊缝、裂纹等缺陷。
[0063]附图4为本申请铝合金材料的相分布图，由图可知，铝合金材料具有细化的双峰晶粒组织，熔池边界为等轴晶区，熔池中心为柱状晶区，熔池边界与中心弥散分布着大量准晶、金属间化合物强化相。
[0064]图7为本申请实施例2铝合金材料的耐热强化相形貌与分布图，由图可看到铝合金耐热强化相沿熔池边界和中心的分布。
[0065]对本实施例铝合金材料进行300℃、350℃的高温拉伸力学性能性能测试，结果见下表1，表中X为平行于基板方向，Z向为沉积方向即垂直于基板方向，下同。
[0066]表1 实施例2铝合金材料在300℃、350℃的高温拉伸力学性能测试结果
[0067]实施例3
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Fe、4%的Cr、1%的Ti、1%的Ce、0.5%的Mn、0.3%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0068]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1000nm红外光，基板预热温度130℃，激光功率为350W，扫描速度为1600mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03mm。
[0069]S2、高温下去应力退火，具体为以10℃/min的升温速率升温至260℃保温，保温时间为3h，结束后进行空冷冷却;所制备耐热铝合金材料的致密度为99.5%。
[0070]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1050℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为2.7Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm(D10为19.52μm;D50为33.83μm;D90为57.21μm)的合金粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速为115s/50g，球形度为0.88。
[0071]对本实施例铝合金材料进行300℃、350℃的高温拉伸力学性能性能测试，平行测量两次，结果见下表2。
[0072]表2 实施例3铝合金材料在300℃、350℃的高温拉伸力学性能测试结果
[0073]附图5为本实施例铝合金材料相应的高温拉伸测试应力应变曲线。
[0074]实施例4
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Fe、4%的Cr、1%的Ti、3%的Ce、0.5%的Mn、0.3%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0075]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1000nm红外光，基板预热温度130℃，激光功率为350W，扫描速度为1600mm/s，扫描间距为0.09mm，层厚为0.03mm。
[0076]S2、高温下去应力退火，具体为以10℃/min的升温速率升温至260℃保温，保温时间为3h，结束后进行空冷冷却;所制备耐热铝合金材料的致密度为99.5%。
[0077]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1050℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为2.7Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm(D10为19.68μm;D50为34.35μm;D90为56.63μm)的合金粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速为126s/50g，球形度为0.88。
[0078]对本实施例铝合金材料进行300℃、350℃的高温拉伸力学性能性能测试，平行测量两次，结果见下表3。
[0079]表3 实施例4铝合金材料在300℃、350℃的高温拉伸力学性能测试结果
[0080]附图6为本实施例铝合金材料相应的高温拉伸测试应力应变曲线。
[0081]实施例5
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：6%的Fe、4%的Cr、1%的Ti、0.2%的Ce、0.5%的Mn、0.3%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0082]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1000nm红外光，基板预热温度130℃，激光功率为200W，扫描速度为600mm/s，扫描间距为0.06mm，层厚0.03mm。
[0083]S2、高温下去应力退火，具体为以5℃/min的升温速率升温至200℃保温，保温时间为10h，结束后进行空冷冷却。
[0084]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1000℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为2.5Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm的合金原料粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速为129 s/50g，球形度为0.88。
[0085]实施例6
本实施例提供了一种耐热铝合金材料，以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：6%的Fe、1%的Cr、1%的Ti、0.2%的Ce、2.0%的Mn、1.0%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0086]本实施例还提供了所述耐热铝合金材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、在三维设计软件上绘制需要打印的零件模型，对三维模型进行添加支撑、切片，将耐热铝合金原料粉末放入3D打印设备进行选区激光熔化(SLM)打印工艺;其中SLM激光为1100nm红外光，基板预热温度200℃，激光功率为400W，扫描速度为2000mm/s，扫描间距为0.18mm，层厚0.06mm。
[0087]S2、高温下去应力退火，具体为以15℃/min的升温速率升温至400℃保温，保温时间为2h，结束后进行炉冷冷却。
[0088]所述耐热铝合金原料粉末的制备工艺为：
(1) 原料熔炼：将耐热铝合金材料的全部组分金属原料置于真空感应炉的坩埚内进行熔炼，熔炼温度为1300℃;
(2) 雾化制粉：将熔炼后的金属熔体转入雾化桶，通氩气置换雾化桶内空气，进行雾化制粉，气体压力为3.0Mpa;
(3) 粉末筛分：粉末筛分：采用250目和550目筛网对雾化后的金属粉进行超声震动筛分分级处理，得到粉末粒度范围15-53μm的合金原料粉末;
所述耐热铝合金原料粉末的霍尔流速为127s/50g，球形度为0.87。
[0089]对比例1
和实施例3基本一致，区别在于：以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Mg、4%的Cr、1%的Ti、1%的Ce、0.5%的Mn、0.3%的Sc、2%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0090]对比例2
和实施例3基本一致，区别在于：以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Fe、4%的Cr、1%的Ti、1%的Ce、3%的Mn、0.3%的Sc、2%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0091]对比例3
和实施例3基本一致，区别在于：以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Mg、4%的Cr、1%的Ti、1%的Ce、0.5%的Mn、0.3%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0092]对比例4
和实施例3基本一致，区别在于：以质量百分比计，所述耐热铝合金材料的组分包括：1%的Fe、4%的Cr、1%的Ti、1%的Nd、0.5%的Mn、0.3%的Sc、0.5%的Zr、余量为Al及不可避免的杂质。
[0093]对比例5
和实施例3基本一致，区别在于：S1中激光功率为150W，扫描速度为500mm/s。
[0094]对比例6
和实施例3基本一致，区别在于：S2中以3℃/min的升温速率升温至500℃保温，保温时间为10h，结束后进行空冷冷却。
[0095]对比例7
和实施例3基本一致，区别在于：熔炼温度1350℃，雾化压力3.5MPa，霍尔流速无法测出，球形度为0.8。
[0096]统计以上实施例和对比例在平行于基板方向的力学性能测试，结果对比见表4。
[0097]表4 实施例和对比例的铝合金材料在平行于基板方向的力学性能测试结果
[0098]分析：由上表可知，本申请实施例2-6的技术方案通过特定的组分设计、铝合金制备工艺以及铝合金原料性能使所制备的铝合金材料具有成型性优异、无裂纹、高强度、高耐热性等优异的力学强度，可以很好地满足工业上对高强耐热、轻量化、复杂结构铝合金的需求，解决传统铝合金材料在增材制造过程中出现的裂纹、强度差的问题。
[0099]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0100]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
说明书附图(7)
声明：
“耐热铝合金材料及其制备方法与应用” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：宁波众远新材料科技有限公司, 长沙众远新材料科技有限公司
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