一种用于3D打印的铝铜合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，属于金属粉末3D打印技术领域。将铝铜合金原料在加热熔融后，使其充分混合均匀；通过气雾化技术制得的铝铜合金粉末；气雾化后对铝铜合金粉末进行筛分得到所需粒径范围内的用于3D打印的铝铜合金粉末；铝铜合金原料中铝铜的配比满足最终用于3D打印的铝铜合金粉末中：Cu含量为1.00％wt‑8.00％wt，Mg含量为0.10％wt‑4.00％wt，Si含量为0.05％wt‑3.00％wt，Mn含量为0.04％wt‑2.50％wt，Zr含量为0.01％wt‑3.00％wt，其余为Al。采用该铝铜合金粉末SLM制得的样品强度与SLM铝硅合金相当，但延伸率明显高于常用SLM的铝硅合金，能够满足大部分情况下对铝合金的使用需求，而且减少了可锻铝合金复杂的后处理过程，节约了能源和成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的铝铜合金粉末及其制备方法
本专利技术属于3D打印
，尤其是涉及一种用于3D打印的铝铜合金粉末及其制备方法。
技术介绍
3D打印是一种利用三维模型数据，通过层层累积的方式获得具有复杂形状产品的制备技术。与传统塑料、陶瓷、金属和合金以及复合材料的制备方法相比，3D打印技术具有能制备高精度及复杂形状产品、节约原材料、节约成本等一系列优势，具有良好的应用前景。目前常用的3D打印方法包括直接三维打印成型技术(3DP)，选择性激光熔化技术(SLM)，立体光固化技术(SLA)，熔融沉积技术(FDM)等，其中选择性激光熔化技术(SLM)被广泛应用于金属粉末的3D打印。目前可用于SLM的金属及合金主要有不锈钢、钛合金、铝合金等，主要应用于航空航天及汽车工业。铝基合金是金属3D打印中重要的组成部分，铝基合金具有重量轻、熔点低、安全性高和可塑性好等特点，在零件减重方面具有广阔的应用前景，也因此在轻量化汽车和航空航天工业中占据着越来越重要的地位。虽然工业界对通过3D打印技术制备铝合金产品有着很高的兴趣，也已经有很多SLM制备的铝合金零件在一些领域得到了应用，但是，SLM制备的铝合金产品的大规模应用仍然受到原料合金粉末的制备及其性能、配套打印机的生产、打印模型的开发、打印工艺以及各方面的成本等的限制。目前，能制备出性能更好的铝合金产品的SLM打印机大都是国外进口的，同样用于打印的合金粉末原料也大都需要进口，粉末售价也比较昂贵，这就大大增加了打印铝合金产品的成本，限制了它的技术开发及大规模应用。国内也在积极开发合金粉末原料制备技术，但是，铝合金容易氧化，对粉末来讲，其比表面积增大就更容易氧化，而氧化的粉末对打印产品的性能有着极大的影响。而且，用于打印的粉末原料对粉末粒径大小及均匀性、流动性及粉末纯度都有着较高的要求。所以国内目前采用的粉末原料制备技术要么制得的产品性能不好，要么制备技术复杂，成本较高，不能大规模生产。目前大量用于铝合金3D打印的是有着较好铸造性能的铝硅合金，如AlSi10Mg，AlSi12等。通过SLM技术制备的铝硅合金其抗拉强度最高约为450MPa，延伸率在4％左右，拉伸强度适中且延伸率低。强度更高延展性更好的2xxx、7xxx等系列的铝合金由于在SLM加工过程中往往会产生大量裂纹，导致开裂，使得产品性能较差，远不能与常规制造的铝合金相比，所以，难以通过SLM技术来制备。2xxx铝合金有着高比强度，优异的疲劳性能和良好的耐损伤性，被广泛应用于航空航天等领域，但是传统方法制备的铝铜合金需要经过复杂的后处理(热处理、冷加工、热加工和/或拉伸)，才能获得优化的性能，如高强度等。已有研究表明SLM技术可以在使铝铜合金获得改善的机械性能的同时，减少后处理过程，节约能源，节省成本。研究发现，通过在合金中添加Sc等稀土元素，可以有效解决2xxx、7xxx等系列可锻铝合金由于SLM过程中的高冷却速率而造成的开裂问题，从而制备出表面光滑无裂纹的产品。同时，Sc还可形成纳米Al3Sc沉淀物，进一步提高SLM铝合金的强度。但是，稀土元素含量较少，价格昂贵，不利于大规模推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用于3D打印的铝铜合金粉末及其制备方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：本专利技术提供一种用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，包括以下步骤：将铝铜合金原料在加热熔融后，使其充分混合均匀；采用高速压缩气流冲击熔融铝铜合金流，将其碎裂得气雾化颗粒，冷却后即得通过气雾化技术制得的铝铜合金粉末；气雾化后，对铝铜合金粉末进行筛分得到所需粒径范围内的用于3D打印的铝铜合金粉末；铝铜合金原料中铝铜的配比满足最终用于3D打印的铝铜合金粉末中：Cu含量为1.00％wt-8.00％wt，Mg含量为0.10％wt-4.00％wt，Si含量为0.05％wt-3.00％wt，Mn含量为0.04％wt-2.50％wt，Zr含量为0.01％wt-3.00％wt，其余为Al。粉末纯度高，基本不含其他杂质。在本专利技术的一个实施方式中，铝铜合金原料在650℃-900℃的范围内加热熔融。在本专利技术的一个实施方式中，优选地，所制得的铝铜合金粉末的化学组成：Cu含量为1.80％wt-6.70％wt，Mg含量为0.50％wt-3.50％wt，Si含量为0.60％wt-2.46％wt，Mn含量为0.10％wt-1.92％wt，Zr含量为0.01％wt-3.00％wt，其余为Al，纯度较高，基本不含其他杂质。在本专利技术的一个实施方式中，所述气雾化技术是指采用融合laval与hartmann结构的超音速雾化喷嘴进行的气雾化。融合laval与hartmann结构的超音速雾化喷嘴具体结构可以参考中国专利CN201410553284.7公开的融合laval与hartmann结构的超音速雾化喷嘴、中国专利CN201410553271.X公开的二级laval与hartmann结构融合的超音速雾化喷嘴以及中国专利CN201410553799.7公开的单级融合laval与hartmann结构的超音速雾化喷嘴。在本专利技术的一个实施方式中，所述高速压缩气流选自氩气或氮气。在本专利技术的一个实施方式中，所述高速压缩气流的气体压力为1.6-9.0MPa，采用紧耦合的方式，保证出口负压在0.3-2.0kPa。在本专利技术的一个实施方式中，气雾化后，对铝铜合金粉末进行筛分的方式为旋风分级筛分方式。在本专利技术的一个实施方式中，对铝铜合金粉末进行筛分后，所述用于3D打印的铝铜合金粉末粒径范围为10-60μm。在本专利技术的一个实施方式中，粒径不在10-60μm范围内的粉末可重新用于加热熔化，提高原料利用率。收集筛选出的粉末即可用于SLM打印。本专利技术所述制备方法制备得到的用于3D打印的铝铜合金粉末中，所述粉末平均粒径在20-40μm之间，95％以上的粉末粒径大小在10-60μm之间，粉末真密度在2.65-2.85g/cm3之间，90％以上的粉末颗粒为球形或类球形，粉末流动性较好。本专利技术所述铝铜合金粉末优选适用于选择性激光熔化(SLM)，使用该铝铜合金粉末在SLM打印设备上打印出的铝铜合金产品与相同成分的铸造铝合金及其他3D打印铝合金相比具有更优异的力学性能。同时该粉末制备技术方便快捷，生产成本低，可以大批量生产。与现有技术相比，本专利技术采用融合laval与hartmann结构的超音速雾化喷嘴，本专利技术的雾化技术来制备铝铜合金粉末，具有以下有益效果：(1)能够制得性能更优异且稳定的铝铜合金粉末。所得铝铜粉末纯度高，成分均匀，除所含成分外基本不含其他杂质。能够更好地控制粉末颗粒形状，90％以上的粉末颗粒形状为球形或类球形，具有更好的流动性。粉末平均粒径在20-40μm之间，95％以上的粉末粒径在10-60μm内，能够获得更细的粉末颗粒，同时颗粒粒径分布更窄。(2)与混粉打印相比，通过雾化技术生产用于SLM的铝铜合金粉末，合金各成分分布更均匀，有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将铝铜合金原料在加热熔融后，使其充分混合均匀；/n采用高速压缩气流冲击熔融铝铜合金流，将其碎裂得气雾化颗粒，冷却后即得通过气雾化技术制得的铝铜合金粉末；/n气雾化后，对铝铜合金粉末进行筛分得到所需粒径范围内的用于3D打印的铝铜合金粉末；/n铝铜合金原料中铝铜的配比满足最终用于3D打印的铝铜合金粉末中：Cu含量为1.00％wt-8.00％wt，Mg含量为0.10％wt-4.00％wt，Si含量为0.05％wt-3.00％wt，Mn含量为0.04％wt-2.50％wt，Zr含量为0.01％wt-3.00％wt，其余为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将铝铜合金原料在加热熔融后，使其充分混合均匀；
采用高速压缩气流冲击熔融铝铜合金流，将其碎裂得气雾化颗粒，冷却后即得通过气雾化技术制得的铝铜合金粉末；
气雾化后，对铝铜合金粉末进行筛分得到所需粒径范围内的用于3D打印的铝铜合金粉末；
铝铜合金原料中铝铜的配比满足最终用于3D打印的铝铜合金粉末中：Cu含量为1.00％wt-8.00％wt，Mg含量为0.10％wt-4.00％wt，Si含量为0.05％wt-3.00％wt，Mn含量为0.04％wt-2.50％wt，Zr含量为0.01％wt-3.00％wt，其余为Al。


2.根据权利要求1所述用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，其特征在于，铝铜合金原料在650℃-900℃的范围内加热熔融。


3.根据权利要求1所述用于3D打印的铝铜合金粉末的制备方法，其特征在于，所制得的铝铜合金粉末的化学组成：Cu含量为1.80％wt-6.70％wt，Mg含量为0.50％wt-3.50％wt，Si含量为0.60％wt-2.46％wt，Mn含量为0.10％wt-1.92％wt，Zr含量为0.01％wt-3.00％wt，其余为Al。


4.根据权利要求1所述用于3D打印的铝铜合金粉末的...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹春月，严鹏飞，严彪，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海;31