一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高强铝合金3D打印专用无钪Al‑Mg‑Mn合金粉末及其制备方法，包括，合金元素Mg、合金元素Mn、合金元素Zr、合金元素Ni、合金元素Fe、合金元素Mo和合金元素Al；其中，以3D打印专用无钪Al‑Mg‑Mn合金粉末质量为百分百计，所述合金元素Mg为5.5～9％、所述合金元素Mn为1.5～2.5％、所述合金元素Zr为0.2～1.2％、所述合金元素Ni为0.2～0.45％、所述合金元素Fe为0.1～0.35％、所述合金元素Mo为0.1～0.40％，余量为合金元素Al。本发明专利技术用廉价元素替代元素Sc，开发出3D打印Al‑Mg‑M(M是低廉元素)合金粉末，且其打印件力学性能与含钪铝合金打印性能相当，成本降低40％，在实现打印件优异力学性能的同时，成本更低，适于产业化应用。

A scandium free Al Mg Mn alloy powder for 3D printing of high strength aluminum alloy and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末及其制备方法
本专利技术属于增材制造3D打印材料领域，具体涉及到一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末及其制备方法。
技术介绍
近年来，由于航空航天、轨道交通等高端装备对轻量化、高性能制品的重要需求，使得3D打印(也称增材制造)复杂轻量化铝合金构件的需求也越来越受到重视：第一，轻量化的要求，传统简单形状零件进行拓扑结构优化后变成复杂形状零件，而3D打印解决复杂结构件制造的重要方法；第二，细晶强化的要求，晶粒细化是提升铝合金制品力学性能的重要方式，但传统铸造、塑性加工的铝合金晶粒细化程度有限，而3D打印的快速冷却作用恰好可以实现细晶化。学术界和工业界很容易想到将传统铸锻牌号铝合金，成分不变地制成粉末，直接用于3D打印，但面临以下难题：第一，传统牌号铝合金如2系到7系铝合金气雾化粉末的3D打印开裂严重，性能差；第二，目前传统牌号的铝合金仅有4系的铸造AlSi合金适合3D打印，但是其力学性能并不高(拉伸＜400MPa，延伸率＜6.5％)。目前，相关文献和专利报道了Al-Mg-Sc的3D打印高强铝合金，但是，此合金中钪(Sc)的含量一般超过0.6wt％，然而金属钪是黄金价格的5倍，且钪是我国稀缺资源、战略资源，在地壳里的含量极少，因此，3D打印高强度Al-Mg-Sc合金价格昂贵，限制了3D打印技术往民用工业中的推广。因此，本领域亟需一种适用于3D打印高强度的合金，在实现打印件优异力学性能的同时，成本更低，适于产业化应用。r>
技术实现思路
本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。鉴于上述和/或现有3D打印高强铝合金技术中存在的问题，提出了本专利技术。因此，本专利技术的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，包括，合金元素Mg、合金元素Mn、合金元素Zr、合金元素Ni、合金元素Fe、合金元素Mo和合金元素Al；其中，以3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末质量为百分百计，所述合金元素Mg为5.5～9％、所述合金元素Mn为1.5～2.5％、所述合金元素Zr为0.2～1.2％、所述合金元素Ni为0.2～0.45％、所述合金元素Fe为0.1～0.35％、所述合金元素Mo为0.1～0.40％，余量为合金元素Al。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，所述合金粉末中合金元素Mg与合金元素Mn质量比为2.8～3.8。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，合金元素Zr的质量分数为0.5～1.2％。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，合金元素Fe的质量分数为0.23～0.35％。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，所述合金粉末中合金元素Mn与合金元素Zr质量比为4～10。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其中，还包括杂质，所述杂质总质量分数不超过0.1％。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其中，以3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末质量为百分百计，所述合金元素Mg为8.5％、所述合金元素Mn为2.3％、所述合金元素Zr为1.1％、所述合金元素Ni为0.4％、所述合金元素Fe为0.33％、所述合金元素Mo为0.34％，余量为合金元素Al。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的一种优选方案，其中：所述3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其粒度范围10～50μm。本专利技术的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末的制备方法，包括，原料熔炼：将高纯Mg锭、Al-Mn中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Ni中间合金、Al-Fe中间合金、Al-Mo中间合金和高纯Al锭按质量分数比配料添加到真空感应炉中，熔炼温度800℃、保温30min；雾化制粉：将所述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氦气进行雾化制粉，气体压力为2～4MPa，气体流量为2～4mL/min；粉末筛分：对雾化处理后的预合金金属粉进行过目筛分处理，采用配套250目筛网的气流筛，留用过250目的细粉进行3D打印；保温干燥：将筛分后的粉末置入真空干燥箱，干燥温度温度为90℃，干燥时间时间为10h，即得所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末。作为本专利技术所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末制备方法的一种优选方案，其中：所述高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其中以3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末质量为百分百计，包括，合金元素Mg为5.5～9％、合金元素Mn为1.5～2.5％、合金元素Zr为0.2～1.2％、合金元素Ni为0.2～0.45％、合金元素Fe为0.1～0.35％、合金元素Mo为0.1～0.40％，余量为合金元素Al。本专利技术有益效果：(1)本专利技术提供一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，用廉价元素替代元素Sc，开发出3D打印Al-Mg-M(M是低廉元素)合金粉末，且其打印件力学性能与含钪铝合金打印性能相当，成本降低40％，在实现打印件优异力学性能的同时，成本更低，适于产业化应用。(2)本专利技术提供一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其打印件组织细小均匀、无裂纹、致密度高、表现出优异力学性能，超过了同类价格产品的力学性能的30％。(3)本专利技术提供一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末制备方法，颠覆了学术及工业界对铝合金材料的认识，由于本专利技术的Al-Mg-Mn合金中有大量非平衡相，采用富含Mn的非平衡相进行固溶强化，采用非平衡的细小的Al6Mn纳米颗粒强化，制得一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，丰富了非平衡物理冶金科学规律。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：包括，/n合金元素Mg、合金元素Mn、合金元素Zr、合金元素Ni、合金元素Fe、合金元素Mo和合金元素Al；其中，/n以3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末质量为百分百计，所述合金元素Mg为5.5～9％、所述合金元素Mn为1.5～2.5％、所述合金元素Zr为0.2～1.2％、所述合金元素Ni为0.2～0.45％、所述合金元素Fe为0.1～0.35％、所述合金元素Mo为0.1～0.40％，余量为合金元素Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：包括，
合金元素Mg、合金元素Mn、合金元素Zr、合金元素Ni、合金元素Fe、合金元素Mo和合金元素Al；其中，
以3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末质量为百分百计，所述合金元素Mg为5.5～9％、所述合金元素Mn为1.5～2.5％、所述合金元素Zr为0.2～1.2％、所述合金元素Ni为0.2～0.45％、所述合金元素Fe为0.1～0.35％、所述合金元素Mo为0.1～0.40％，余量为合金元素Al。


2.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，所述合金粉末中合金元素Mg与合金元素Mn质量比为2.8～3.8。


3.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，合金元素Zr的质量分数为0.5～1.2％。


4.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，合金元素Fe的质量分数为0.23～0.35％。


5.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述无钪Al-Mg-Mn合金粉末中，其中，所述合金粉末中合金元素Mn与合金元素Zr质量比为4～10。


6.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其中，还包括杂质，所述杂质总质量分数不超过0.1％。


7.如权利要求1所述的高强铝合金3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合金粉末，其特征在于：所述3D打印专用无钪Al-Mg-Mn合...

【专利技术属性】
技术研发人员：李瑞迪，王敏卜，袁铁锤，王银，牛朋达，张志坚，
申请(专利权)人：中南大学，中南大学深圳研究院，
类型：发明
国别省市：湖南;43