一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺的制作方法

1.本发明涉及汽车被动安全防护技术领域，尤其涉及一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺。


背景技术：

2.碰撞能量吸收装置是火车、动车、汽车等交通工具重要的备用安全防护系统，主要通过自身的溃缩变形吸收能量，从而降低碰撞安全事故中的人员伤亡。根据碰撞能量吸收装置的特点，该类装置用材需具备强度适中，韧性好，吸收能高，质量轻、焊接性能好、成型性好等特点，从而满足不同条件下对交通工具碰撞吸能装置的需求。
3.以汽车行业碰撞盒为例，铝合金是碰撞盒的主要应用材料，一般通过板坯冲压成型，但是冲压成型只能完成汽车碰撞盒简单结构，如四边形、六边形或者八边形结构的成型，难以成型复杂结构汽车碰撞盒；且通过冲压成型工艺，在成型多边结构铝合金碰撞盒过程中，边角容易开裂，对冲压参数要求严格，需要经历制模、冲压、退火、酸洗，硬化，热处理等工艺流程，工艺相对繁琐，能耗大且厂房占地面积大，周期较长。
4.增材制造技术以粉末、丝材为原料，通过建立三维模型并切片实现逐层成型自由成型，是成型复杂形状构件最好的途径，然而传统牌号的铝合金，如5083(铝镁系合金)，6063(铝硅系合金)在打印过程中极易出现打印裂纹，无法满足增材制造的使用要求，现有通过调配铝合金成分进行增材制造得到的铝合金产品强度高，致密度高，然而韧性较低，不能满足汽车碰撞盒的性能要求。因而，亟需一种铝合金汽车碰撞盒的成型方法，能够成型复杂结构的汽车碰撞盒，同时满足其性能要求。


技术实现要素：

5.鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，用以解决至少以下技术问题之一：1、现有铝合金汽车碰撞盒制作工艺难以成型复杂结构汽车碰撞盒；2、现有铝合金汽车碰撞盒制作工艺流程繁琐，周期长；3、现有牌号的铝合金，用于增材制造工艺制备的合金产品，强韧性不满足汽车碰撞盒的使用要求，不能用于制备汽车碰撞盒。
6.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
7.本发明提供了一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，包括以下步骤：
8.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
9.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
10.步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；
11.步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；
12.步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理；
13.步骤6：通过增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状。
14.进一步地，所述述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：2.5～4.5％，zr：0.15～1.65％，mn：0.51～2.0％，si：0.1～1.5％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：3.0～5.5％，其余为al及不可去除的杂质元素。
15.进一步地，所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.0～3.5％，zr：0.15～1.2％，mn：0.6～0.74％，si：0.5～0.8％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：4.10～4.24％，其余为al及不可去除的杂质元素。
16.进一步地，所述粉末成型工艺还包括对所述步骤6中获得的目标铝合金汽车碰撞盒进行2～3次喷砂处理。
17.进一步地，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：
18.s21：将称好的al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；
19.s22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。
20.进一步地，步骤3中，所述雾化制粉通过氩气雾化法完成，雾化压力为1.5～4.5mpa，雾化温度为700～850℃。
21.进一步地，步骤4中，所述预合金粉末的尺寸为15～105μm，粉末形状为近球形或球形。
22.进一步地，步骤5中，所述真空干燥的烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h。
23.进一步地，所述增材制造工艺为选择性激光熔化，将选择性激光熔化设备的基板进行预热，预热温度为25-350℃。
24.进一步地，所述选择性激光熔化参数为：扫描功率为190-350w，扫速为200～800mm/s，铺粉厚度为0.01-0.05mm，扫描间距为0.05-0.1mm。
25.与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
26.1、本发明通过控制目标铝合金汽车碰撞盒成分配比，通过增材制造工艺成型目标结构，可以实现各种复杂结构铝合金汽车碰撞盒的成型，满足不同车型对碰撞盒的结构需求；成型过程无需热处理过程，工艺简单，实现汽车碰撞盒减重的同时极大地缩短了汽车碰撞盒的加工周期，降低了设备需求；与现有冲压技术成形铝合金汽车碰撞盒相比，加工周期由1个月以上缩短为一周。
27.2、本发明通过控制目标铝合金汽车碰撞盒成分配比，通过增材制造工艺成型目标结构，获得的汽车碰撞盒的抗拉强度≥220mpa，屈服强度≥200mpa，延伸率≥20％，有较好的强韧性。
28.3、本发明通过控制目标铝合金汽车碰撞盒成分配比，通过增材制造工艺成型目标结构，获得的单个汽车碰撞盒吸收能≥4kj，较冲压成型的铝合金碰撞盒吸收能更高。
29.4、本发明成型的铝合金汽车碰撞盒，成型过程中无需热处理，较传统冲压成型碰撞盒，可以实现节能减排。
30.5、现有冲压成型的铝合金汽车碰撞盒在成型过程中，边角容易开裂，成材率相对较低，本发明通过控制目标铝合金汽车碰撞盒成分配比结合增材制造工艺成型目标结构成
型的铝合金汽车碰撞盒，成材率基本为100％，极大地提高了铝合金汽车碰撞盒的成材率。
31.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
32.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
33.图1为本发明实施例1目标铝合金汽车碰撞盒形状示意图；
34.图2为本发明实施例1目标铝合金汽车碰撞盒微观组织图；
35.图3为本发明实施例3目标铝合金汽车碰撞盒形状示意图；
36.图4为本发明对比例2目标铝合金汽车碰撞盒微观组织图。
具体实施方式
37.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本技术一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
38.本发明提供了一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，包括以下步骤：
39.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
40.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和/或合金铸锭，获得预合金铸锭；
41.步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；
42.步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；
43.步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理；
44.步骤6：通过增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状。
45.现有铝合金汽车碰撞盒主要采用6系铝合金，通过冲压成型完成制造，形状通常为四边形、六边形或八边形，难以成型复杂结构汽车碰撞盒；且成型的碰撞盒吸能量较低，单个吸收能约为3.2kj；冲压成型过程中需要经历制模、修磨、酸洗，硬化，热处理等工艺流程，生产周期较长，通常在一个月以上；本发明的铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，无需热处理过程，成型周期一般为一周，所需设备也仅为3d打印机及喷砂设备，极大地缩短了工艺流程及周期，且降低了对厂房及人工的需求；通过本发明方法成型的铝合金汽车碰撞盒，质量小于300g，抗拉强度≥220mpa，屈服强度≥200mpa，延伸率≥20％，有较好的强韧性，单个汽车碰撞盒吸收能≥4kj，较冲压成型的铝合金碰撞盒吸收能更高。
46.具体的，步骤1中，所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数记为：mg：2.5～4.5％，zr：0.15～1.65％，mn：0.51～2.0％，si：0.1～1.5％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：3.0～5.5％，其余为al及不可去除的杂质元素。
47.对本发明中目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比限定理由进行说明，以下仅用％表示组成中的质量百分比：
48.mg：与硅元素形成强化相，可提高强度和屈服极限，提高了铝合金的切削加工性，但是在熔炼过程易于氧化烧损；mg含量过高，会有未溶相形成，mg含量过低，强化效果不足，合金性能不高；mg含量控制在2.5～4.5％范围内。
49.zr：变质元素，促进等轴晶的形成，降低铝合金打印开裂倾向，当含量低于0.15％无法改性铝合金的打印成形性，超过1.65％后对铝合金的打印成形性改善有限，显著提高铝合金的密度；因此，zr含量控制在0.15～1.65％。
50.mn：提高铝合金的屈服强度及溃缩吸能效果，mn含量每增加0.1％，合金的强度提高5～7mpa，锰含量过多时，会形成粗大的硬脆al6mn相，损害铝合金的韧性；综合考虑汽车碰撞盒的强度和韧性，mn含量控制在0.51～2.0％，本发明中mn元素的含量相对较低，且成型方法没有热处理过程，因此基本是不存在损害铝合金韧性的al6mn相。
51.si：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而减少zr及sc的添加，并提高铝合金的焊接性能及强度，含量过低无法改善其打印性能，含量过高会导致si沿着晶界网状析出，影响材料的韧性，需要通过热处理予以消除，增加工艺流程；因此，si含量控制在0.1～1.5％。
52.sc：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而使铝合金兼具良好的成形性，超过0.5％后使得铝合金的强度过高，无法与防撞梁的强度相匹配，且会增加材料成本；因此，sc含量控制在≤0.5％。
53.zn：提高铝合金的耐蚀性能，通常将其含量控制在0.5％以下。
54.ti：脱氧元素，控制铝合金的氧含量，含量过高容易析出脆性相，通常将其含量控制在0.5％以下。
55.fe：提高铝合金的再结晶温度及合金的强度，但含量过高会损害合金的耐蚀性能及机械性能，通常将其控制在0.4％以下。
56.er+y：变质元素，降低铝合金打印开裂倾向，从而使铝合金兼具良好的成形性，超过0.5％后提升铝合金的成形性效果不明显；因此，er+y含量控制在≤0.5％。
57.mg+mn：mg元素和mn元素的协同作用可以提升铝合金的强塑性匹配性能，提升铝合金的屈服强度，使得成型过程无需热处理便可满足铝合金的屈服强度要求，含量低于3.00％，对铝合金的强塑性匹配性能和屈服强度的提升不明显，无法满足要求；含量高于5.5％，则会对铝合金的韧性产生损害，综合考虑，mg+mn含量控制在3.0～5.5％。
58.优选地，所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数记为：mg：2.5～4.5％，zr：0.15～1.65％，mn：0.51～2.0％，si：0.1～1.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，mg+mn：3.0～5.5％，其余为al及不可去除的杂质元素。
59.优选地，所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数记为：mg：3.0～3.5％，zr：0.15～1.2％，mn：0.6～0.74％，si：0.5～0.8％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：4.10～4.24％，其余为al及不可去除的杂质元素。
60.具体的，步骤1中，按照成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金铸锭，所述纯金属锭包括al锭，mg锭、zr锭、mn锭、zn锭、ti锭、er锭、sc锭和y锭；合金铸锭包括al-mg中间合金、al-si中间合金、al-mg-si中间合金、al-sc中间合金、al-zn中间合金和al-ti中间合金，备用。
61.具体的，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：
62.s21：将称好的al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；
63.s22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。
64.具体的，步骤s21中，以5～20℃/s的加热速率对al锭进行加热，当炉内温度达到700～850℃时停止加热，保温时间0.5-2h，在该温度范围内，al锭完全熔化处于液体状态。
65.具体的，步骤s22中，按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金铸锭完全熔化后，首先加入六氯乙烷除气，之后通过电磁搅拌，转速200-500r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30-40min后开始浇注，浇注温度700～850℃，浇注合金流量5～10kg/min。
66.具体的，步骤3中，雾化制粉可以通过氮气雾化法、氩气雾化法，等离子旋转雾化法等实现；优选地，通过氩气雾化法完成雾化制粉，雾化压力为1.5～4.5mpa，雾化温度为700～850℃。
67.具体的，步骤4中，将预合金粉末通过100～1000目的筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末，预合金粉末的尺寸为15～105μm，粉末形状为近球形或球形，从而可以保证粉末的流动性；优选地，预合金粉末的尺寸为15～53μm。
68.具体的，步骤5中，在真空烘箱中，对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理，烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h；烘干温度过高，烘干时间过长会导致粉末表面氧化严重，烘干温度过低，时间过短，则无法完全去除粉末的水分，影响粉末的烧结活性。
69.具体的，步骤6中，增材制造工艺，优选的，一般通过选择性激光熔化(slm)将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状。增材制造参数为：扫描功率为190-350w，扫速为200～800mm/s，铺粉厚度为0.01-0.05mm，扫描间距为0.05-0.1mm。对选择性激光熔化设备的基板进行预热，预热温度为25-350℃，主要目的是促进铝合金等轴晶形核，减小铝合金打印开裂倾向。
70.具体的，去除用于增材制造的基板后，还可以对步骤6中获得的铝合金汽车碰撞盒进行2～3次喷砂处理，获得表面光洁的铝合金汽车碰撞盒；对于表面光洁度没有特殊要求的，该步骤可省略。
71.需要强调的是，成型过程无需对铝合金粉末进行热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒；且工艺简单，实现汽车碰撞盒减重的同时极大地缩短了汽车碰撞盒的加工周期，降低了设备需求；与现有冲压技术成形铝合金汽车碰撞盒相比，加工周期由1个月以上缩短为一周。
72.通过本发明方法制备的铝合金汽车碰撞盒无裂纹，微观组织形貌为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布；本发明中铝合金的双峰晶粒分布主要与zr有关，在打印过程中，al3zr，al3(sc,zr)等粒子在熔池边界析出，提供了形核位点，促进了等轴晶粒的形成，这种晶粒分布可以提高合金的强度，抑制裂纹的扩展；结合mg元素和mn元素的协同作用可以提升铝合金的强塑性匹配性能，提升铝合金的屈服强度，使得成型过程无需热处理便可满足铝合金的屈服强度要求，获得适于粉末成型铝合金碰撞盒的材料且能够满足碰撞盒性能要求。
73.我国汽车碰撞盒力学性能通常要求为：抗拉强度220～400mpa，屈服强度200～300mpa,延伸率≥12％，通过本发明制备的铝合金碰撞盒抗拉强度为280～380mpa，屈服强度为240～310mpa，延伸率≥21％，优于我国汽车行业对碰撞盒的性能要求；同时单个碰撞盒吸收能≥4kj，可满足低速碰撞吸能要求。
74.实施例1
75.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
76.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
77.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.5％、zr：1.2％、mn：0.74％、si：0.5％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
78.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭及al-si锭，共计12kg。
79.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
80.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1h。
81.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5kg/min，获得预合金铸锭。
82.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5mpa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；
83.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
84.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
85.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；
86.形状如图1所示，该结构为一种近似负泊松结构，可明显提高吸收能，减轻装置的质量；该结构在增材制造成型过程中，无需设计支撑结构；该结构的数值参数为95(长)*95(宽)*100(高)mm，孔的内径为3mm，外径为3.8mm，重量约为250g。
87.选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为200w,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
88.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
89.本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织形貌为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布，如图2所示。
90.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为330mpa，屈服强度为260mpa，延伸率为26.5％，单个汽车碰撞盒吸收能为4.5kj。
91.实施例2
92.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
93.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
94.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.5％、zr：0.15％、mn：0.6％、si：0.8％、sc：0.25％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
95.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭、al-si锭及al-sc锭，共计15kg。
96.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
97.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1.5h。
98.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量6kg/min，获得预合金铸锭。
99.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5mpa，雾化温度为760℃。获得预合金粉末；
100.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
101.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
102.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；
103.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒形状和实施例1相同，选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为200w,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
104.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行2次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
105.本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。
106.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为380mpa，屈服强度为275mpa，延伸率为30％，单个汽车碰撞盒吸收能为5.5kj。
107.实施例3
108.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
109.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
110.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.5％、zr：0.15％、mn：0.6％、si：0.8％、sc：0.25％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
111.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭、al-si锭及al-sc锭，共计15kg。
112.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
113.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1.5h。
114.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量6kg/min，获得预合金铸锭。
115.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5mpa，雾化温度为760℃。获得预合金粉末；
116.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
117.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
118.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；
119.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒形状如图3所示，该结构的内部结构为蜂窝结构，外部为四面体，内部由正六边形连接而成，其外接圆的半径分别为5mm和5.4mm，外部边长为55(长)*50(宽)*60(高)mm，壁厚为1mm，总质量为70g；选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为200w,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
120.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行2次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
121.本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。
122.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为380mpa，屈服强度为275mpa，延伸率为30％，单个汽车碰撞盒吸收能为4.4kj。
123.实施例4
124.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
125.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
126.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.5％、zr：1.2％、mn：0.74％、si：0.5％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
127.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭及al-si锭，共计12kg。
128.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
129.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率20℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1h。
130.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速300r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量10kg/min，获得预合金铸锭。
131.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为3mpa，雾化温度为780℃。获得预合金粉末；
132.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
133.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
134.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；碰撞盒结构同实施例1一致；
135.选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为250w,扫速为800mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
136.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
137.本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。
138.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为310mpa，屈服强度为255mpa，延伸率为25％，单个汽车碰撞盒吸收能为4.3kj。
139.实施例5
140.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
141.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
142.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.5％、zr：1.2％、mn：0.74％、si：0.5％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
143.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭及al-si锭，共计12kg。
144.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
145.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率20℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1.5h。
146.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速400r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静40min后开始浇注，浇注温度800℃，浇注合金流量8kg/min，获得预合金铸锭。
147.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为3mpa，雾化温度为780℃。获得预合金粉末；
148.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
149.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
150.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；碰撞盒结构同实施例1一致；
151.选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为220w,扫速为200mm/s，铺
粉厚度为0.01mm,扫描间距为0.05mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
152.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
153.本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。
154.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为355mpa，屈服强度为265mpa，延伸率为30％，单个汽车碰撞盒吸收能为5.4kj。
155.实施例6
156.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，其中，步骤1中所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.0％、zr：1.25％、mn：1.2％、si：0.1％、fe：0.04％、ti：0.01％、er：0.25％、y：0.15％、er+y：0.4％，其余为al及不可去除的杂质元素。
157.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭，er锭、y锭及ti锭，共计12kg。其余步骤和工艺参数同实施例1。
158.本实施例获得的目标铝镁合金汽车碰撞盒形状和实施例1相同，本实施例无需热处理，即可成型满足性能要求的汽车碰撞盒。获得的目标铝合金件无裂纹，微观组织和实施例1相似，为鱼鳞状，晶粒为双峰晶粒分布。
159.本实施例获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为350mpa，屈服强度为260mpa，延伸率为26％，单个汽车碰撞盒吸收能为4.5kj。
160.对比例1
161.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
162.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；
163.所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数记为：mg：3.5％、zr：1.2％、mn：0.74％、si：0.5％、fe：0.03％、ti：0.02％，其余为al及不可去除的杂质元素。
164.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭及al-si锭，共计12kg。
165.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
166.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1h。
167.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5kg/min，获得预合金铸锭。
168.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5mpa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；
169.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
170.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
171.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金
汽车碰撞盒形状；碰撞盒结构同实施例1一致；
172.选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为200w,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
173.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行热处理，热处理温度为400℃，保温时间为2h，空冷。
174.步骤8：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
175.本对比例成型目标铝合金汽车碰撞盒过程中增加了热处理过程，获得的目标铝合金汽车碰撞盒，抗拉强度为450mpa，屈服强度为380mpa，延伸率为12％，吸收能为4.3kj。本实施例合金强度偏高，会增加响应时间，并不适宜用作汽车碰撞盒。
176.对比例2
177.一种铝合金汽车碰撞盒粉末成型工艺，包括以下步骤：
178.步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和合金锭；
179.所述目标铝合金汽车碰撞盒原材料选用牌号5083的传统铝合金，成分配比以质量百分数记为：mg：4.78％、mn：0.73％、si：0.02％、fe：0.03％、ti：0.005％，其余为al及不可去除的杂质元素。
180.按照成分配比，称取纯度为99％以上的al锭、mg锭、zr锭、mn锭、ti锭及al-si锭，共计12kg。
181.步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；
182.s21：将称好的铝锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；其中，加热速率15℃/s，炉内温度达到700～850℃后停止加热，保温1h。
183.s22：按照锭坯的熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和合金铸锭，待合金锭完全熔化后，加入六氯乙烷除气、通过电磁搅拌，转速200r/min，使得各元素混合均匀，保温镇静30min后开始浇注，浇注温度750℃，浇注合金流量5kg/min，获得预合金铸锭。
184.步骤3：将预合金铸锭通过氩气雾化法制粉，雾化压力为2.5mpa，雾化温度为750℃。获得预合金粉末；
185.步骤4：将预合金粉末通过目筛分网处理，获得尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末；
186.步骤5：对筛分获得的尺寸为15～53μm和粉末形状为近球形或球形的预合金粉末进行真空干燥处理；烘干温度为100℃，烘干时间为6h；
187.步骤6：通过选择性激光熔化(slm)增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状；碰撞盒结构同实施例1一致；
188.选择性激光熔化(slm)增材制造工艺参数为：扫描功率为200w,扫速为500mm/s，铺粉厚度为0.03mm,扫描间距为0.09mm。对基板进行预热，预热温度为50℃。
189.步骤7：对获得的铝合金汽车碰撞盒进行3次喷砂处理，获得表面光洁的目标铝合金汽车碰撞盒。
190.本对比例不含zr元素，mg及si元素含量和mg+mn的含量不符合本发明的要求，获得的目标铝合金汽车碰撞盒，合金组织有部分微裂纹，如图4所示，抗拉强度为257mpa，屈服强
对比例24.78-0.730.02
‑‑‑
0.0050.035.51-对比例33.51.20.740.5
‑‑‑
0.020.034.24-208.表2实施例和对比例铝合金成型工艺参数
[0209][0210]
表3实施例和对比例铝合金力学性能
[0211]
编号屈服强度mpa抗拉强度mpa延伸率％单个碰撞盒吸收能力kj实施例126033026.54.5实施例2275380305.5实施例3275380304.4实施例4255310254.3实施例5265355305.4实施例6260350264.5对比例1380450124.3
对比例216325710-对比例319526018-[0212]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；步骤2：通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；步骤3：将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；步骤4：将预合金粉末通过筛网进行分筛处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；步骤5：对筛分获得的满足尺寸和形状要求的预合金粉末进行真空干燥处理；步骤6：通过增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒形状。2.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，所述述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：2.5～4.5％，zr：0.15～1.65％，mn：0.51～2.0％，si：0.1～1.5％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：3.0～5.5％，其余为al及不可去除的杂质元素。3.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，所述目标铝合金汽车碰撞盒的成分配比，以质量百分数计为：mg：3.0～3.5％，zr：0.15～1.2％，mn：0.6～0.74％，si：0.5～0.8％，sc≤0.5％，zn≤0.5％，ti≤0.5％，fe≤0.4％，er≤0.5％，y≤0.5％，sc+er+y：0～0.5％，mg+mn：4.10～4.24％，其余为al及不可去除的杂质元素。4.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，所述粉末成型工艺还包括对所述步骤6中获得的目标铝合金汽车碰撞盒进行2～3次喷砂处理。5.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，步骤2中，所述真空熔炼包括以下步骤：s21：将称好的al锭放入真空中频感应炉的坩埚内，抽真空，当真空度小于1*10-2
pa时，开始加热并充入氩气使炉内处于正压环境；s22：按照铸锭熔点由高到低依次放入其他纯金属锭和/或合金铸锭，待完全熔化后，除气、搅拌、浇注获得预合金铸锭。6.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，步骤3中，所述雾化制粉通过氩气雾化法完成，雾化压力为1.5～4.5mpa，雾化温度为700～850℃。7.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，步骤4中，所述预合金粉末的尺寸为15～105μm，粉末形状为近球形或球形。8.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，步骤5中，所述真空干燥的烘干温度为100-140℃，烘干时间为2-8h。9.根据权利要求1所述的粉末成型工艺，其特征在于，所述增材制造工艺为选择性激光熔化，将选择性激光熔化设备的基板进行预热，预热温度为25-350℃。10.根据权利要求9所述的粉末成型工艺，其特征在于，所述选择性激光熔化参数为：扫描功率为190-350w，扫速为200～800mm/s，铺粉厚度为0.01-0.05mm，扫描间距为0.05-0.1mm。

技术总结
本发明涉及一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，属于汽车被动安全防护技术领域。解决现有铝合金汽车碰撞盒制作工艺难以成型复杂结构碰撞盒，制作工艺流程繁琐，周期长的问题。一种铝合金汽车碰撞盒的粉末成型工艺，包括：按照铝合金成分配比称取一定量的纯金属铸锭和/或合金锭；通过真空熔炼纯金属铸锭和合金铸锭，获得预合金铸锭；将预合金铸锭通过雾化制粉，获得预合金粉末；将预合金粉末通过目筛分网处理，获得满足尺寸和形状要求的预合金粉末；对筛分获得的预合金粉末进行真空干燥处理；通过增材制造工艺将预合金粉末成型为目标铝合金汽车碰撞盒。本发明可实现各种复杂结构铝合金汽车碰撞盒成型，无需热处理过程，工艺简单，加工周期短。加工周期短。加工周期短。


技术研发人员：李向阳 秦明花 张鹏杰 吕周晋 陈硕 吴战芳
受保护的技术使用者：青岛钢研昊普科技有限公司
技术研发日：2023.05.10
技术公布日：2023/7/25