一种三维打印用高塑性轻合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维打印用高塑性轻合金及其制备方法，所述合金各组分的质量百分比为：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。所述制备方法为：进行成分设计后将原材料制成球形粉末，并把金属粉末充分混合，对混合后的原材料粉末进行烧结并固溶热处理，然后通过机械研磨合金化获得轻合金球形粉末。所得的材料经三维打印出的成品在保持较高强度前提下，具有塑性高、轻量化、耐热性好、耐磨损的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种三维打印用高塑性轻合金及其制备方法
本专利技术属于3D打印材料的
，具体涉及一种三维打印用高塑性轻合金及其制备方法。
技术介绍
3D打印技术，根据其制造工艺又叫增材制造，属于快速成型技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，最终直接打印出产品，形成“数字化制造”。3D打印技术源自于19世纪末期美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，但受限于当时的技术条件，并未取得突破性的进展。上世纪80年代，随着计算机技术、新材料技术的蓬勃发展，3D打印技术取得了长足的进步，但其商业化、市场化进程缓慢。进入21世纪，3D打印技术得到了迅猛发展，其应用领域也由模具制造、工业设计等逐渐推广到航空航天、汽车和医疗等领域。由于镁合金具有比强度和比刚度高、阻尼减振性好、电磁屏蔽和导热性能强、耐压性、散热佳、易于铸造和成型、易切削加工和易于回收等一系列独特的优点，在航空航天、汽车和计算机、通信、消费类电子等结构件产业中的应用潜力巨大。将镁合金和3D打印技术结合起来服务金属制造工业，可以推动制造业向低成本、短周期、高效率方向发展。3D打印金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、含氧量低。用于3D打印的金属原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化，同时在打印过程中又能重新粘结起来，并具有满足需求的物理和化学性质。不过，目前用于3D打印的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等，镁合金因为其化学性质活泼和易燃性，粉末制备困难，还处在试验阶段，未广泛应用到3D打印领域中。目前常用的三维打印镁合金的方法是先熔炼制备出镁合金，然后球磨出粉末，再进行三维打印。整个制备过程工序长，能耗高，易增加杂质，材料利用率低。
技术实现思路
为了克服现有技术的缺点和不足，本专利技术的首要目的在于提供一种三维打印用高塑性轻合金及其制备方法。第一方面，本专利技术提供的一种Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金材料，由如下重量百分含量的各元素组成：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。第二方面，本专利技术提供一种三维打印用高塑性轻合金的制备方法，Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金不是用原材料（纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金）结合传统的熔炼工艺制备，而是依次按照以下步骤进行：（1）利用机械研磨工艺将原材料纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金制成球形粉末，粒径30~140μm，含氧量0.06~0.18。（2）按照Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金各元素的具体含量，称取各类原材料粉末，将金属粉末充分混合，混合时间20~80分钟。（3）将混合后得到的金属粉末烧结成预制块并进行固溶热处理，固溶温度350~570℃，固溶时间4~30小时。（4）利用机械研磨工艺将合金预制块制成球形粉末，粒径30~140μm，含氧量0.06~0.18。第三方面，本专利技术提供一种三维打印零件，该零件是由第一方面中所述的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金或第一方面中所述的方法制备的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金经三维打印制成。本专利技术的优点及有益效果是：（1）应用本专利技术所提供的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金粉末材料，所得到的零部件在保持较高强度前提下，塑性高，耐热性好，又具有耐磨损的优点。（2）本专利技术设计的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金具有优异塑性和耐热性能，使用温度提高到300℃以上，粒径呈正态分布、组织晶粒细小、制备过程中与空气无接触，含氧低，解决了熔炼制备镁合金铸锭和后续雾化法制备镁合金粉末易燃的问题，可用于3D打印相关产品。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例1本实施例涉及一种高塑性Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金材料，该合金材料包括如下重量百分含量的各组分：1wt.%Zn，7wt.%Er，0.2wt.%Nd，2wt.%Mn，0.1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。Mg-1Zn-7Er-0.2Nd-2Mn-0.1Zr镁合金不是用原材料（纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金）结合传统的熔炼工艺制备，而是依次按照以下步骤进行：（1）利用机械研磨工艺将原材料纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金制成球形粉末，粒径30~140μm，含氧量0.06~0.18。（2）按照Mg-1Zn-7Er-0.2Nd-2Mn-0.1Zr镁合金各元素的具体含量，称取各类原材料粉末，将所取粉末置入混粉机中混合20分钟至混合均匀。（3）将混合后得到的金属粉末烧结成预制块并进行固溶热处理，固溶温度350℃，固溶时间30小时。（4）利用机械研磨工艺将合金预制块制成球形粉末，粒径30~140μm，含氧量0.06~0.18。机械研磨合金化是一个通过高能球磨使粉末经受反复的变形、冷焊、破碎，从而达到元素间原子水平合金化的复杂物理化学过程。（5）用所获得的成品粉末进行3D打印，打印参数为：建造速率：25cm3/h，激光扫描速度：12m/s，分层厚度：30μm。通过上述方法制备的高塑性Mg-1Zn-7Er-0.2Nd-2Mn-0.1Zr镁合金材料，其密度为1.82g/cm3，相对耐磨性ε为10.8。室温力学性能：屈服强度为225MPa，抗拉强度为320MPa，延伸率9%。300℃力学性能：屈服强度为180MPa，抗拉强度为235MPa，延伸率35%。实施例2本实施例涉及一种高塑性Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr镁合金材料，该合金材料包括如下重量百分含量的各组分：8wt.%Zn，1wt.%Er，5wt.%Nd，0.2wt.%Mn，1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。Mg-8Zn-1Er-5Nd-0.2Mn-1Zr镁合金不是用原材料（纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金）结合传统的熔炼工艺制备，而是依次按照以下步骤进行：（1）利用机械研磨工艺将原材料纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金制成球形粉末，粒径30~140μm，含氧量0.06~0.18。（2）按照Mg-8Zn-1Er-5Nd-0.2Mn-1Zr镁合金各元素的具体含量，称取各类原材料粉末，将所取粉末置入混粉机中混合80分钟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维打印用高塑性轻合金，其特征在于，所述高塑性轻合金由如下按重量百分数计的各元素组成：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种三维打印用高塑性轻合金，其特征在于，所述高塑性轻合金由如下按重量百分数计的各元素组成：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。


2.一种如权利要求1所述的三维打印用高塑性轻合金的制备方法，其特征在于，三维打印用高塑性轻合金不是用原材料结合传统的熔炼工艺制备，而是依次按照以下步骤进行：
（1）利用机械研磨工艺将原材料纯镁、纯锌、Mg-Er中间合金、Mg-Nd中间合金、Mg-Mn中间合金、Mg-Zr中间合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文才，李俊锋，
申请(专利权)人：苏州轻金三维科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32