本发明专利技术公开了一种用于金属3D打印的Al‑Zn‑Mg‑Sc系铝合金粉末的制备方法，包括配料、真空熔炼、浇铸、均质化处理、铸锭表面后处理和制粉步骤，本发明专利技术还公开了一种利用该方法制备得到的铝合金粉末，利用所述铝合金粉末3D打印制件，制件的抗拉强度为500~550Mpa，屈服强度为450~505Mpa，延伸率为9%~12%。本发明专利技术制得满足高强度零件打印要求的金属3D打印铝合金粉末，化学成分均匀，晶粒尺寸基本分布在40‑60μm。
【技术实现步骤摘要】
一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末及其制备方法
本专利技术涉及金属3D打印粉材领域，尤其涉及一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末及其制备方法，适用于打印航空航天领域高强度要求的铝合金粉材。
技术介绍
增材制造又称“3D打印”，是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成型系统，利用激光束、热熔喷嘴等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成型，制造出实体产品。铝合金打印材料已经被应用于火箭发动机喷嘴、飞机复杂结构件、航空发动机复杂构件等武器装备产品研制中获得应用，并且开始由研究开发阶段向工程化应用阶段迈进。金属三维打印材料的应用领域相当广泛，如石化工程、航空航天、汽车制造、注塑模具等。这项技术已被应用于多个行业领域，并且发挥着越来越重要的作用。但是，现有铝合金打印材料强度较低，以AlSi7Mg、AlSi10Mg为主的打印件力学性能在350MPa左右，不能满足高强度零件的打印要求。同时Al-Zn-Mg-Sc系铝合金3D打印材料还未得到应用。直接采用原材料进行喷粉，可能导致金属溶解不充分、混合不均匀，同时存在气体、夹渣等缺陷。一种适用于3D打印的球形仿金合金粉末及其制备方法(公开号：CN109158587A)中，所述仿金合金粉末成分由以下质量分数元素组成：Al5.5～7.5％；Ni1～1.5％；Sn0.5～1.5％；In0.05～0.20％；Ce0～0.30％；Cu余量。所述制备方法为：按各元素配比将纯铜块、纯铝块、纯镍块、纯锡锭、纯铟粒和铜-铈中间合金混合熔炼得到预合金铸锭，然后放入到真空气雾化制粉设备中制粉，筛分，得到适用于3D打印的球形仿金合金粉末。该专利技术通过添加不同元素并采用真空气雾化技术，制备出的仿金合金粉末具有色度接近纯金、球形度好、少(无)空心粉、流动性优异和松装密度高等优点，适用于3D打印成形，但是该合金粉末不能满足高强度零件的打印要求。一种3D打印用钛及钛合金丝或粉末的制备方法(公开号：CN105033249A)包括选取钛或钛合金坯料，将钛或钛合金坯料粉碎后进行多次熔炼、进行拉伸得到钛或钛合金丝材成品或采用雾化粉末法得到钛或钛合金粉末成品。该专利技术的一种3D打印用钛及钛合金丝或粉末的制备方法制备的材料具有密度小、导热系数小、比强度高、耐腐蚀、耐高温、无毒性、无磁性高等特点，公开专利文件中并未验证打印件的力学性能，从而不能得知是否能应用于打印航空领域的高强度零件。现有技术中公开了很多高强度的铝合金材料，但是一般用于制备铝合金型材，因为高性能铝合金有热裂倾向，现有的主流看法都是认为高强度铝合金不能用于3d打印，因此如何制备适用于高强度制件的3D打印铝合金粉末成为了目前亟需解决的难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末及其制备方法，制得满足高强度零件打印要求的金属3D打印铝合金粉末。本专利技术采用的技术方案是：一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末的制备方法包括以下步骤：(1)配料：称取金属原料进行配料，使金属原料中包括以下含量的化学元素：Zn6.5％～7.5％、Mg2.5％～3％、Mn0.3％～0.8％、Zr0.05％～0.25％、Cu0.3％～0.8％、Sc0.1％～0.5％、Ti0.03％～0.06，杂质≤0.3％，余量为Al；(2)真空熔炼：将配料所得的金属原料进行真空熔炼，0＜真空度＜5Pa，熔炼温度为720～800℃，得到融化的原料；(3)浇铸：将融化的原料静置后，浇铸到水冷模具中，浇铸温度为720-740℃，得到铸锭；(4)均质化处理：将铸锭放入退火炉进行均质化处理，升温至350～400℃后保温，出炉冷却，得到均质化处理后的铸锭；(5)铸锭表面后处理：使均质化处理后的铸锭表面粗糙度＜Ra3.2，得到表面处理后的铸锭；(6)制粉：对表面处理后的铸锭采用气雾化法制粉或高速离心雾化制粉；气雾化法制粉包括将表面处理后的铸锭放入气雾化法制粉机，1000～1200℃融化后，输送至导管，气流粉碎，冷却后得到铝合金粉末。高速离心雾化制粉包括将表面处理后的铸锭融化后，进入加热输送管，加热温度为1000℃～1200℃，将熔液送入到雾化器内，经高速离心雾化，转速为5000r/min～6000r/min，以400k/s-600k/s速度冷却成型，收圆凝固，得到铝合金粉末。本专利技术将金属原料真空熔炼后，再快速水冷浇铸，经均质化处理和铸锭表面后处理再进行制粉，制得的铝合金粉末化学成分均匀，能有效细化晶粒，适用于打印高强度零件。进一步地，步骤(3)中水冷模具中的冷却速率为80-100K/s。进一步地，步骤(1)中金属原料包括纯铝、铝铜合金、铝钪合金、铝锆合金、铝锰合金、镁锭、铝钛合金和铝锌合金；步骤(1)中金属原料中包括杂质Fe和Si，Fe≤0.2％、Si≤0.1％；进一步地，步骤(2)中将纯铝、铝铜合金、铝钪合金、铝锆合金、铝锰合金、镁锭、铝钛合金和铝锌合金依次加入真空熔炼炉中。进一步地，步骤(3)中静置的时间为10-20min。进一步地，步骤(4)中保温的时间为10-12小时。进一步地，步骤(3)中水冷模具的直径为110-130mm。进一步地，步骤(5)中将均质化处理后的铸锭切去两端，并进行车削处理。本专利技术的另一方面涉及一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末，采用上述方法制得，利用铝合金粉末3D打印制件，制件的抗拉强度为500～550Mpa，屈服强度为450～505Mpa，延伸率为9％～12％，粒径为20～63um，粉末≤90S。本专利技术具有以下优点：1、制备的铝合金粉末可用于3D打印高强铝合金的复杂结构件，实现了Al-Zn-Mg-Sc系铝合金3D打印。采用先浇铸成铸锭，再制粉的工艺路径，对比直接采用原材料进行喷粉的工艺，减小了金属溶解不充分、混合不均、存在气体、夹渣等缺陷可能性。真空熔炼浇铸模具为水冷模具，冷却速率为90-110K/s，铸锭结晶速度快，减小过饱和固溶体偏析程度，化学成分更加均匀；同时高温熔液急剧冷却成型能有效细化晶粒，晶粒尺寸基本分布在40-60μm。采用气雾化或者高速离心制粉。减少了大颗粒，气雾化法制的粉末制得率约在40～50％，高速离心法制得的粉材制得率约在50％以上，且两种制粉方法的粉末化学成分均匀，非金属夹杂少、粉末球形度好、氧含量低、流动性好。2、在铝合金中添加Sc：1)钪是铝合金中最有效的抑制再结晶元素，钪的添加可以提高铝合金中的再结晶温度；2)材料基体中存在大量弥散分布的高密度的Al3Sc粒子，Al3Sc粒子在结构和尺寸上与铝合金基体点阵相似，有效的抑制了再结晶，细化了材料晶粒，提升材料塑性；3)打印成零件后，通过热处理，基体中可以析出本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末的制备方法其特征在于包括以下步骤：/n（1）配料：称取金属原料进行配料，使金属原料中包括以下含量的化学元素：Zn 6.5%~7.5%、Mg 2.5%~3%、Mn 0.3%~0.8%、Zr 0.05%~0.25%、Cu 0.3%~0.8 %、Sc 0.1%~0.5%、Ti0.03%~0.06，杂质≤0.3%，余量为Al；/n（2）真空熔炼：将配料所得的金属原料进行真空熔炼，0＜真空度＜5Pa，熔炼温度为720~800℃，得到融化的原料；/n（3）浇铸：将融化的原料静置后，浇铸到水冷模具中，浇铸温度为720-740℃，得到铸锭；/n（4）均质化处理：将铸锭放入退火炉进行均质化处理，升温至350~400℃后保温，出炉冷却，得到均质化处理后的铸锭；/n（5）铸锭表面后处理：使均质化处理后的铸锭表面粗糙度＜Ra3.2，得到表面处理后的铸锭；/n（6）制粉：对表面处理后的铸锭采用气雾化法制粉或高速离心雾化制粉；/n气雾化法制粉包括将表面处理后的铸锭放入气雾化法制粉机，1000~1200℃融化后，输送至导管，气流粉碎，冷却后得到铝合金粉末；/n高速离心雾化制粉包括将表面处理后的铸锭融化后，进入加热输送管，加热温度为1000℃~1200℃，将熔液送入到雾化器内，经高速离心雾化，转速为5000r/min~6000r/min，以400k/s-600k/s速度冷却成型，收圆凝固，得到铝合金粉末。/n...
【技术特征摘要】
1.一种用于金属3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金粉末的制备方法其特征在于包括以下步骤：
（1）配料：称取金属原料进行配料，使金属原料中包括以下含量的化学元素：Zn6.5%~7.5%、Mg2.5%~3%、Mn0.3%~0.8%、Zr0.05%~0.25%、Cu0.3%~0.8%、Sc0.1%~0.5%、Ti0.03%~0.06，杂质≤0.3%，余量为Al；
（2）真空熔炼：将配料所得的金属原料进行真空熔炼，0＜真空度＜5Pa，熔炼温度为720~800℃，得到融化的原料；
（3）浇铸：将融化的原料静置后，浇铸到水冷模具中，浇铸温度为720-740℃，得到铸锭；
（4）均质化处理：将铸锭放入退火炉进行均质化处理，升温至350~400℃后保温，出炉冷却，得到均质化处理后的铸锭；
（5）铸锭表面后处理：使均质化处理后的铸锭表面粗糙度＜Ra3.2，得到表面处理后的铸锭；
（6）制粉：对表面处理后的铸锭采用气雾化法制粉或高速离心雾化制粉；
气雾化法制粉包括将表面处理后的铸锭放入气雾化法制粉机，1000~1200℃融化后，输送至导管，气流粉碎，冷却后得到铝合金粉末；
高速离心雾化制粉包括将表面处理后的铸锭融化后，进入加热输送管，加热温度为1000℃~1200℃，将熔液送入到雾化器内，经高速离心雾化，转速为5000r/min~6000r/min，以400k/s-600k/s速度冷却成型，收圆凝固，得到铝合金粉末。...
【专利技术属性】
技术研发人员：何江，周文韬，吴自进，肖潇，谭东政，陈青松，宋智，谭浩，王梦豪，
申请(专利权)人：湖南东方钪业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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