CN116287902A - 一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于金属增材制造技术领域，涉及一种增材制造用的Al‑Mg‑Zn系合金丝材，以质量百分比计，包括以下组分：Cu:1.9～2.5％，Mn:0.1～0.2％，Mg:2.0～2.7％，Zn:5.9～6.9％，Ti:0.05～0.15％，Zr:0.05～0.15％，La:0.05～0.15％，Ce:0.05～0.10％，Y:0.10～0.15％，Sc:0.05～0.30％，Er:0.05～0.30％，杂质总量≤0.15％、余量为Al；Sc与(Er+Zr)的质量百分比为1～2:1，在该比例下能够形成双核壳结构的Al3(Sc,Er,Zr)。还公开了其制备方法，可提高合金的韧性，焊接性和抗腐蚀性能。

Description

一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材及其制备方法
技术领域
本发明属于金属增材制造技术领域，特别涉及一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材及其制备方法。
背景技术
高强铝合金主要包括以Al-Cu系和Al-Mg-Zn系为基的两类合金，作为工业生产中不可或缺的轻质合金材料有着较差的铺展性及高的表面氧化性，从而导致合金在增材制造制备过程中易产生气孔，裂纹，成形难度较大等问题。其中，时效硬化型高强铝合金如Al-Mg-Zn系铝合金尤为明显。Al-Mg-Zn系合金具有高比强度，比刚度，优良的断裂韧性和抗应力腐蚀性能，但是现有的Al-Mg-Zn系合金丝材在增材制造过程中容易出现微裂纹和断裂，严重影响了Al-Mg-Zn系合金的力学性能和打印性能，限制了Al-Mg-Zn系合金的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材及其制备方法，解决了传统合金增材制造时容易出现微裂纹和断裂及力学性能较差的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材，以质量百分比计，包括以下组分：
Cu:1.9～2.5％，Mn:0.1～0.2％，Mg:2.0～2.7％，Zn:5.9～6.9％，Ti:0.05～0.15％，Zr:0.05～0.15％，La:0.05～0.15％，Ce:0.05～0.10％，Y:0.10～0.15％，Sc:0.05～0.30％，Er:0.05～0.30％，杂质总量≤0.15％、余量为Al；
Sc与(Er+Zr)的质量百分比为1～2:1，在该比例下能够形成双核壳结构的Al3(Sc,Er,Zr)。
所述的增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
1)将工业纯Mg、工业纯Zn、工业纯Al以及中间合金按设计好的质量百分比进行配料；
2)将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中，真空度为0～8Pa，采用保护气氛进行精炼，得到熔融状态的原料；
3)浇铸：将熔融状态的原料静置20～30min，浇铸到模具中，浇铸温度720～740℃，得到铝合金铸锭；
4)均匀化处理：将浇铸后的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温24h；
5)铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，获得表面光亮且无缺陷的棒材；
6)将表面处理后的棒材首先进行固溶水淬处理，再进行挤压，然后经过拉拔和退火，最后用在线清洗和化学抛光，得到Al-Mg-Zn系合金丝材；
步骤6)中，固溶温度为460～480℃，时间为1.5～2h；
退火的制度为先在465℃退火1～2h，再在485℃退火1～2h。
进一步，步骤2)具体包括以下过程：
向真空熔炼炉中加入工业纯Mg、工业纯Zn、工业纯Al、AlCu50、AlMn10、AlTi5、AlZr5、AlLa20、AlCe10、AlV5、AlY10、AlSc2及AlEr20；
在真空度为2-4Pa，熔炼温度为760-790℃的条件下熔炼1～2h；
熔炼完成后进行精炼，精炼温度为730-750℃，精炼时间20-30min，并通入保护气氛和熔剂复合精炼。
进一步，步骤2)中，保护气氛为采用六氯乙烷和氩气除气。
进一步，步骤6)中，拉拔具体为：将表面处理后的棒材放拉拔成丝材，经过多次拉拔和机械刮削，每进行4次拉拔后进行一次退火，最后拉拔成直径1～1.2mm的丝材。
进一步，刮削量为0.03～0.05mm，每次拉拔后丝材断面直径减少5％。
进一步，步骤6)中，在线清洗和化学抛光具体为：通过在线清洗除去丝材表面油污，通过化学抛光获得表面光亮、尺寸合格的成品丝材，再对其进行烘干，然后层绕，最后真空封装保存。
所述的增材制造用的铝合金丝材在增材制造领域中的应用。
所述增材制造用的铝合金丝材适用于电弧熔丝增材制造用铝合金焊丝，送丝速度6～8m/min，双丝CMT模式，焊接电流120～140A，焊接速度0.5～1m/min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开了一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材，提高了Al-Mg-Zn系合金丝的抗裂纹敏感性、焊接性能等综合力学性能。微量元素Sc、Zr、Er的加入可以形成Al3M(M＝Sc、Zr、Er)复合粒子，Al3M相与基体铝晶格匹配良好，热膨胀系数适配，是良好的第二相粒子，可细化基体晶粒，促进异质形核，抑制再结晶。在Al-Zn-Mg系合金中加入Sc元素，形成的Al3Sc相可细化晶粒，抑制再结晶和提高合金的强度，改善合金的综合力学性能、耐蚀性和焊接等使用性能，但是其价格非常昂贵；Zr添加与Sc形成的Al3(Sc,Zr)因其晶格类型，点阵参数与Al3Sc相似，因此不仅保持Al3Sc的全部有益作用，而且在高温下热聚倾向较小；Er元素与Sc元素的作用类似，并且其价格仅为Sc元素的1/80～1/100，并且Er还可与铝液中的H，S和O元素发生反应，可净化铝液；Er在合金中主要弥散分布形成Al3Er和Al3(Sc,Er)相，为η(MgZn2)相提供异质形核的位点，从而加强了合金的力学性能；合金中析出的Al3(Zr,Er)纳米亚稳相，可细化晶粒组织，提高合金的硬度、强度和塑性和断口的韧性断裂比例，并且可以减少合金中的气孔和裂纹缺陷；Sc、Zr和Er一起形成Al3(Sc，Zr，Er)质点可细化铸态晶粒，阻止再结晶晶粒长大，改善合金焊接性能和腐蚀性能。
本发明同时添加了Sc、Er、Zr元素，并通过大量实验探索了三者之间的含量与比例，可以形成具有双核壳结构的Al3M相，有助于改善铝合金材料的综合力学性能；且Sc,Zr和Er共同添加会形成双核壳结构的Al3(Sc,Er.Zr)相，其与基体共格，可细化晶粒，提高再结晶温度和焊接性能；
Sc与(Er+Zr)的质量比控制在1～2:1，在该比例下能够形成双核壳结构的Al3(Sc,Er,Zr)。其他比例比如Zr或Er元素的增加，会使合金从L12核壳结构转变成D022或D023结构，新结构的出现会使增加元素的溶解度，晶格参数及硬度发生变化，甚至使原有结构所具有的优良性能消失；
Cu含量过低，不利于合金凝固过程中的补缩，Cu含量过高，合金在随后的变形热处理过程中，基体会存在过多的含Cu残留相，本合金成分主要是控制Cu含量，提升Zn/Mg比，从而可以提高MgZn2相的含量(强化合金)，降低S(Al2CuMg)相比例，S相的脆性比θ(Al2Cu)相高，所以可以同时提高合金的强度和韧性。
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，基于理论计算做的研究、然后设计成分、温度。随着时间的延长，Mg、Si和Zn元素均匀化程度较高，而Sc、Ti和Zr元素均匀化程度较低，且在24h时，合金元素表面和心部的差距越来越小，合金元素的均匀化程度较高，所以选取合金的最佳均匀化热处理工艺是在465℃下保温24h；本发明在合金棒材拉拔前后做了一些热处理，拉拔前，对合金棒材进行固溶水淬，第二相充分溶解于基体，使其达到冷拔前最佳的软化状态，每次拉拔道次间，进行双级退火处理，减少拉拔时产生的应力裂纹和扭曲，可提高合金的韧性，焊接性和抗腐蚀性能；
设计固溶处理是为了获得过饱和固溶体，将合金加热到一定温度，从而使均匀化未能消除的粗大第二相粒子溶解，这些粒子所含的Zn、Mg、Cu等元素溶入基体中，形成固溶原子与空位的双重饱和，然后快速淬火，获得高浓度的过饱和固溶体，为以后的时效沉淀强化做准备。固溶温度过低，固溶不充分，时效强化效果弱；温度过高，会引起第二相粒子的过烧，使合金性能下降；
双级退火处理的作用：先在低温下退火，合金的晶界及亚晶界处析出细小的弥散相，且分布密集；然后弥散相会在高温退火时阻碍晶粒的长大，最终有效实现合金晶粒的细化，提高合金的综合力学性能。
附图说明
图1为合金试样差示扫描量热(DSC)曲线；图1a为实施例1DSC曲线；图1b为实施例2DSC曲线；
图2为合金试样均匀化处理计算结果；
图3为计算得出的室温下Al-Mg-Zn系合金物相组成及相应的质量分数；图3a为室温下7150铝合金物相组成及相应的质量分数；图3b为成分改性之后室温下铝合金物相组成及相应的质量分数；
图4为本发明实施例的铝合金铸锭棒材照片；
图5为本发明实施例1中铸锭均匀化后的金相组织照片；图5a为合金在光镜下放大50倍的金相组织照片；图5b为合金在光镜下放大100倍的金相组织照片；
图6为本发明实施例1中Al-Mg-Zn系丝材电弧熔丝增材制造后的单墙照片。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅为本发明一部分实施例，而不是全部实施例。
本发明附图及实施例描述和示出的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，因此，以下附图中提供的本发明实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而仅仅是表示本发明选定的一种实施例。基于本发明的附图及实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
需要说明的是：术语“包含”、“包括”或者其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，使得包括一系列要素的过程、元素、方法、物品或者设备不仅仅只包括那些要素，还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括该其过程、元素、方法、物品或者设备所固有的要素。
本发明首先根据不同的性能指标对合金的成分进行设计，并通过计算对其热力学性质进行探究，再根据设计出来的成分进行合金的熔炼及制备以及丝材的成形。
具体通过料热力学计算和第一性原理计算，成分设计，配料装料，熔炼，除气，浇铸，均匀化处理，成分测试，铸锭表面后处理，铝合金棒材拉拔，拉丝处理，超声波清洗等全流程来制备Al-Mg-Zn系合金丝。
本发明在浇注完成后，且进行均匀化热处理前，首先取2mg的合金试样对其进行差示扫描量热(DSC)分析，结果如图1所示，如图1a所示，在474.5～477.5℃有吸热现象，表明了该合金非平衡低熔点相的熔化温度约为474.5～477.5℃，热处理温度不应超过该峰值温度，即477.5℃。一般经验为低于此温度10℃为最佳固溶温度，均匀化温度比固溶温度低20℃左右。根据DSC综合分析，将合金均匀化温度定为465℃，并对合金进行不同时间段的均匀化热处理，以探究其最佳综合力学性能。
从图2中可以看出，随着时间的延长，Mg、Si和Zn元素均匀化程度较高，而Sc、Ti和Zr元素均匀化程度较低，且在24h时，合金元素表面和心部的差距越来越小，合金元素的均匀化程度较高，所以根据计算结果以及大量的文献调研确定合金的最佳均匀化热处理工艺为465℃下保温24h。
以下结合实施例对本发明的特征和性能进一步详细说明。
实施例1
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:2.0％，Mn:0.1％，Mg:2.1％，Zn:6.1％，Ti:0.15％，Zr:0.05％，La:0.05％，Ce:0.05％，Y:0.10％，Sc:0.15％，Er:0.10％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例1共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入2.8kg的AlCu50，0.7kg的AlMn10，1.47kg的纯Mg，4.27kg的纯Zn，2.1kg的AlTi5，0.7kg的AlZr5，0.175kg的AlLa20，0.35kgAlCe10，0.7kg的AlY10，5.25kg的AlSc2，0.35kg的AlEr20，41.14kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为770℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为740℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度730℃，得到铝合金铸锭如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，均匀化后的金相组织形貌如图5a和图5b所示。由于本合金中添加了少量稀土元素，提高Al3M(M＝Zr、Sc、Er)相的含量，提高异质形核效果。使合金得到细化，晶粒细小且呈等轴状分布。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在460℃下固溶1.5h,然后进行水淬。
拉丝处理：将处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1h，再在485℃退火1h，拉丝速度为10m/min，最后在线清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
根据热力学计算结果显示，与典型7xxx系铝合金丝材7150第二相组成(图3a)相比，如图3b所示，本发明含量最多的第二相为MgZn2，含量为8.34％，与7150相近；次之为AlCuMgZn，含量为1.88％；而S-Al2CuMg含量大幅下降，仅为0.98％。Mg2Si、Al3Fe含量也大幅降低。硬质相总含量12.9％，低于7150硬质相含量13.5％。
实施例2
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:2.0％，Mn:0.1％，Mg:2.1％，Zn:6.1％，Ti:0.15％，Zr:0.05％，La:0.05％，Ce:0.05％，Y:0.10％，Sc:0.3％，Er:0.10％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例2共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入2.8kg的AlCu50，0.7kg的AlMn10，1.47kg的纯Mg，4.27kg的纯Zn，2.1kg的AlTi5，0.7kg的AlZr5，0.175kg的AlLa20，0.35kgAlCe10，0.7kg的AlY10，10.5kg的AlSc2，0.35kg的AlEr20，45.89kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为770℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为740℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度730℃，得到铝合金铸锭，如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，如图5所示。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在475℃下固溶1.5h，然后进行水淬。
拉丝处理：将处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1h，再在485℃退火1.5h，拉丝速度为10m/min，最后在线清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
由于本合金中Sc元素的添加比重增大，Sc加入与Zr配合形成的Al3ZrScEr与基体的晶格、热力学匹配度更优，细化晶粒同时，利于提高材料的焊接性能与腐蚀性能。Al3ScZr相为典型的核壳结构，心部为Sc原子富集区，外部为Zr富集区，能够提高析出相的热稳定性，且复合相的晶格常数与铝基体更接近，表面能降低，Zr的扩散系数也比Sc小，因此晶粒不易粗化。
实施例3
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:1.9％，Mn:0.1％，Mg:2％，Zn:5.9％，Ti:0.10％，Zr:0.10％，La:0.10％，Ce:0.05％，Y:0.10％，Sc:0.15％，Er:0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例3共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入2.66kg的AlCu50，0.7kg的AlMn10，1.4kg的纯Mg，4.13kg的纯Zn，1.4kg的AlTi5，1.4kg的AlZr5，0.35kg的AlLa20，0.35kgAlCe10，0.7kg的AlY10，5.25kg的AlSc2，0.0.175kg的AlEr20，51.49kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为780℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为750℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度730℃，得到铝合金铸锭，如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，如图5所示。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在460℃下固溶2h,然后进行水淬。
拉丝处理：将处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1h，再在485℃退火1h，拉丝速度为10m/min，最后在线波清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
本合金中Fe、Si元素形成的Mg2Si相和Al3Fe相比较脆，Mn元素虽然可以提高合金强度，但对延伸率不利，降低其含量可以减少脆性含Si相、含Fe相的形成，提高合金的延展性及热塑性。
实施例4
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:2.5％，Mn:0.2％，Mg:2.7％，Zn:6.9％，Ti:0.15％，Zr:0.10％，La:0.15％，Ce:0.10％，Y:0.15％，Sc:0.30％，Er:0.20％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例4共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入3.5kg的AlCu50，1.4kg的AlMn10，3.78kg的纯Mg，4.83kg的纯Zn，2.1kg的AlTi5，1.4kg的AlZr5，0.525kg的AlLa20，0.7kgAlCe10，1.05kg的AlY10，10.5kg的AlSc2，0.7kg的AlEr20，39.07kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为780℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为740℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度720℃，得到铝合金铸锭，如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，如图5所示。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在465℃下固溶1.5h,然后进行水淬。
拉丝处理：将表面处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1h，再在485℃退火1h，拉丝速度为10m/min，最后在线波清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
本合金元素均取区间最大值，Zn元素的增加可使强化相Mg2Zn的含量增多，使合金的强度、硬度达到峰值，同时降低S(Al2CuMg)相比例，S相的脆性比θ(Al2Cu)相高，因此利于同时提高材料的强度与塑韧性。
实施例5
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:1.9％，Mn:0.15％，Mg:2.5％，Zn:6.5％，Ti:0.10％，Zr:0.05％，La:0.10％，Ce:0.10％，Y:0.10％，Sc:0.15％，Er:0.05％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例5共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入2.66kg的AlCu50，1.05kg的AlMn10，1.75kg的纯Mg，4.55kg的纯Zn，1.4kg的AlTi5，0.7kg的AlZr5，0.35kg的AlLa20，0.7kgAlCe10，0.7kg的AlY10，5.25kg的AlSc2，0.175kg的AlEr20，50.72kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为780℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为750℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度730℃，得到铝合金铸锭，如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，如图5所示。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在475℃下固溶2h,然后进行水淬。
拉丝处理：将处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm,，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1.5h，再在485℃退火1h，拉丝速度为10m/min，最后在线波清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
实施例6
本发明公开了一种增材制造用Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，包括以下步骤：
以该Al-Mg-Zn系合金丝总质量为100％计算：Cu:2.3％，Mn:0.15％，Mg:2.5％，Zn:6.5％，Ti:0.10％，Zr:0.10％，La:0.10％，Ce:0.10％，Y:0.10％，Sc:0.25％，Er:0.1％，杂质总量≤0.15％，余量为Al。实例6共浇铸合金70kg，精炼详细步骤如下：
第一步：将各种合金配料按设计比例配料，其中加入3.22kg的AlCu50，1.05kg的AlMn10，1.75kg的纯Mg，4.55kg的纯Zn，1.4kg的AlTi5，1.4kg的AlZr5，0.35kg的AlLa20，0.7kgAlCe10，0.7kg的AlY10，8.75kg的AlSc2，0.35kg的AlEr20，45.78kg的纯Al；
第二步：将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中熔炼，真空度为4Pa，熔炼温度为780℃，熔炼时间2h。熔炼完成后进行精炼，精炼温度为740℃，精炼时间20min，并通入氩气、六氯乙烷和熔剂复合精炼。
浇铸：将熔融状态的原料静置30min后，浇铸到模具中，浇铸速度160mm/min，浇铸温度730℃，得到铝合金铸锭，如图4所示。
均匀化处理：将浇铸好的铝合金铸锭放入中温台式电阻炉中进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温时长24h，如图5所示。
铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，去除表面氧化皮，并进行车削处理保证表面的光洁，使铸锭表面粗糙度<Ra3，得到表面处理后尺寸为φ110×300mm棒材。
将车削好的棒材在470℃下固溶1.5h,然后进行水淬。
拉丝处理：将处理后的铝合金铸锭用卧式挤压机进行挤压，经过20次拉拔和机械刮削，刮削量为0.03mm，每拉拔四次退火一次，首先在465℃退火1h，再在485℃退火1h，拉丝速度为10m/min，最后在线波清洗和烘干得到表面光亮直径为1mm Al-Mg-Zn系铝合金丝材。
本合金大部分元素均取区间中间值，但Sc元素取区间最低值，Er元素取区间最大值。因为Er元素的价格约为Sc元素的1/80，在保证合金性能的同时可大大节约生产成本。
以上6个实施例获得的合金丝材均采用CMT Advance 4000R型焊接电源成形200mm×10mm×70mm的单壁墙试样，如图6所示。成形参数为：电流144A，电压18V，送丝速度6m/min，扫描速度10mm/s。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：
Cu:1.9～2.5％，Mn:0.1～0.2％，Mg:2.0～2.7％，Zn:5.9～6.9％，Ti:0.05～0.15％，Zr:0.05～0.15％，La:0.05～0.15％，Ce:0.05～0.10％，Y:0.10～0.15％，Sc:0.05～0.30％，Er:0.05～0.30％，杂质总量≤0.15％、余量为Al；
Sc与(Er+Zr)的质量百分比为1～2:1，在该比例下能够形成双核壳结构的Al3(Sc,Er,Zr)。
2.如权利要求1所述的增材制造用的Al-Mg-Zn系合金丝材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将工业纯Mg、工业纯Zn、工业纯Al以及中间合金按设计好的质量百分比进行配料；
2)将步骤一得到的配料放入真空熔炼炉中，真空度为0～8Pa，采用保护气氛进行精炼，得到熔融状态的原料；
3)浇铸：将熔融状态的原料静置20～30min，浇铸到模具中，浇铸温度720～740℃，得到铝合金铸锭；
4)均匀化处理：将浇铸后的铝合金铸锭进行均匀化处理，均匀化温度为465℃，保温24h；
5)铸锭表面后处理：将均匀化后的铝合金铸锭表面进行机械加工，获得表面光亮且无缺陷的棒材；
6)将表面处理后的棒材首先进行固溶水淬处理，再进行挤压，然后经过拉拔和退火，最后用在线清洗和化学抛光，得到Al-Mg-Zn系合金丝材；
步骤6)中，固溶温度为460～480℃，时间为1.5～2h；
退火的制度为先在465℃退火1～2h，再在485℃退火1～2h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)具体包括以下过程：
向真空熔炼炉中加入工业纯Mg、工业纯Zn、工业纯Al、AlCu50、AlMn10、AlTi5、AlZr5、AlLa20、AlCe10、AlV5、AlY10、AlSc2及AlEr20；
在真空度为2-4Pa，熔炼温度为760-790℃的条件下熔炼1～2h；
熔炼完成后进行精炼，精炼温度为730-750℃，精炼时间20-30min，并通入保护气氛和熔剂复合精炼。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，保护气氛为采用六氯乙烷和氩气除气。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，拉拔具体为：将表面处理后的棒材放拉拔成丝材，经过多次拉拔和机械刮削，每进行4次拉拔后进行一次退火，最后拉拔成直径1～1.2mm的丝材。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，刮削量为0.03～0.05mm，每次拉拔后丝材断面直径减少5％。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤6)中，在线清洗和化学抛光具体为：通过在线清洗除去丝材表面油污，通过化学抛光获得表面光亮、尺寸合格的成品丝材，再对其进行烘干，然后层绕，最后真空封装保存。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的增材制造用的铝合金丝材在增材制造领域中的应用。
9.根据权利要求1-7任意一项所述增材制造用的铝合金丝材适用于电弧熔丝增材制造用铝合金焊丝，其特征在于，送丝速度6～8m/min，双丝CMT模式，焊接电流120～140A，焊接速度0.5～1m/min。
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