一种高强铝合金粉末及其在3D打印中的应用及其3D打印方法技术

本发明专利技术公开了一种高强铝合金粉末，按质量百分比计，包括：Mn：4.2～6.0wt％，Mg：1.2～3.0wt％，Sc：0.6～1.0wt％，Zr：0.05～0.6wt％，Si：0.01～0.2wt％，Fe：0.01～0.2wt％，其余为Al。本申请通过优化Mn、Mg、Fe、Si等合金元素的含量，实现显著的固溶强化效果；通过Sc和Zr的添加，促进局部形成等轴晶粒抑制裂纹形成与扩展，同时借助时效过程中产生的弥散粒子，实现有效的析出强化效果。有效的析出强化效果。有效的析出强化效果。

【技术实现步骤摘要】
一种高强铝合金粉末及其在3D打印中的应用及其3D打印方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，具体涉及一种高强铝合金粉末及其在3D打印中的应用及其3D打印方法。

技术介绍

[0002]增材制造技术是快速成型技术的一种，它是融合了计算机辅助设计、材料加工与成型等技术，以3D模型文件为基础，利用金属粉末或者塑料等可粘合材料，通过软件系统实现逐层制造，直接构造出立体三维零件的制造方法。鉴于其工艺流程简单、加工周期短，材料利用率高等特点，增材制造技术在珠宝、医疗、鞋类、工业设计、建筑、航空航天、汽车、教育等领域均具有广泛的应用前景。
[0003]激光选区熔化金属3D打印技术(Selective laser melting,SLM)采用精密聚焦激光光斑快速熔化预置铺好的一层层金属粉末，几乎可以直接获得任意形状以及具有完全冶金结合的功能零件，是目前用途最广的金属增材制造技术之一。SLM技术可以制备高性能、高致密度、高精度等的复杂精密零件，已被广泛应用于航空航天、医疗和汽车等领域钢、钛合金、高温合金、铝合金零件的制备。
[0004]与其他金属材料相比，铝合金具有较高的导热系数，同时对激光的反射率较高、吸收率较低，且易发生氧化，导致铝合金打印构件存在开裂、致密度低、翘曲等问题。目前，有关铝合金激光增材制造的研究和应用大多局限于具有较窄凝固区间、良好流动性、易成形的AlSi
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Mg、AlSi7Mg、AlSi
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等Al
‑
Si系铝合金，然而上述铝合金制备的试样或制件强度降低，无法达到高性能零件的使用需求。
[0005]近些年来，相关企业和研究单位开展了3D打印高强铝合金方面的相关研究。专利文献1(公开号：CN112048647A)公开了一种Al
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Si
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Mg
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Sc
‑
Zr铝合金粉末，其沉积态试样的抗拉强度超过440MPa，热处理后试样的断后延伸率超10％。专利文献2(公开号：CN109202062B)公开了一种用于增材制造的Al
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Mg
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Li
‑
Sc
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Zr铝合金粉末及其制备方法，其沉积态试样棒的拉伸强度为380MPa，通过热处理后试样棒拉伸强度达到450MPa。以上新合金的力学性能均优于目前最常用的Al
‑
Si系铝合金，但仍然低于传统方法制备的2xxx系、6xxx系、7xxx系等高强铝合金，这限制了其广泛应用。
[0006]为了得到优异性能的高强度铝合金结构件，满足航空航天、武器装备产品对铝合金构件的要求，有必要开发一种抗拉强度优异的高强度铝合金的金属粉末及其3D打印方法。

技术实现思路

[0007]本申请的目的在于克服上述问题或者至少部分地解决或缓减解决上述问题。
[0008]根据本申请的一个方面，提供了一种高强铝合金粉末，按质量百分比计，包括：
[0009]Mn：4.2～6.0wt％，Mg：1.2～3.0wt％，Sc：0.6～1.0wt％，Zr：0.05～0.6wt％，Si：0.01～0.2wt％，Fe：0.01～0.2wt％，其余为Al。
[0010]优选地，所述的高强铝合金粉末按质量百分比计，包括：
[0011]Mn：4.2～5.0wt％，Mg：1.2～2wt％，Sc：0.6～0.8wt％，Zr：0.1～0.3wt％，Si：0.01～0.1wt％，Fe：0.01～0.1wt％，其余为Al。
[0012]优选地，所述高强铝合金粉末的颗粒尺寸为：15～63微米。
[0013]根据本申请的另一个方面，提供了所述的高强铝合金粉末在3D打印技术中的应用。
[0014]根据本申请的另一个方面，提供了一种高强铝合金粉末的3D打印方法，采用所述的高强铝合金粉末进行3D打印，所述的3D打印方法包括在打印之前对所述的高强铝合金粉末进行预处理的步骤。
[0015]优选地，所述预处理步骤为：将所述的高强铝合金粉末置于保温箱中进行保温处理，处理时间为2～10h，保温温度为70～120℃。
[0016]优选地，在进行3D打印之前，调整基板温度至80～180℃。
[0017]优选地，所述3D打印的打印参数为：激光功率为300～450W，扫描速度为1100～1500mm/s，扫描间距为0.08～0.15mm，扫描层厚为0.03～0.05mm。
[0018]优选地，还包括在进行3D打印之后对获得的3D打印工件进行热处理的步骤。
[0019]优选地，所述热处理的参数为：保温温度为250～320℃，时间为2～10h。
[0020]由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：
[0021](1)本申请通过优化Mn、Mg、Fe、Si等合金元素的含量，实现显著的固溶强化效果；
[0022](2)本申请通过Sc和Zr的添加，促进局部形成等轴晶粒抑制裂纹形成与扩展，同时借助时效过程中产生的弥散粒子，实现有效的析出强化效果；
[0023](3)本申请在合金成分优化的基础上，通过调控打印参数和热处理工艺，在保证打印工件高致密度和无裂纹的情况下，保留较高的合金元素固溶量，控制弥散相的尺寸和数量，最终实现热处理态的强度达到500MPa以上，延伸率在10％以上。
附图说明
[0024]图1为本专利技术制备的高强度Al
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Mn
‑
Mg
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Sc
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Zr合金粉末的粒度分布示意图；
[0025]图2为Al
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Mn
‑
Mg
‑
Sc
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Zr合金打印后的金相照片；
[0026]图3为实施例2中Al
‑
Mn
‑
Mg
‑
Sc
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Zr合金打印后热处理态的工程应力应变曲线；
[0027]图4为本申请的实施例1、实施例2和对比例3打印后的产品对比图。
具体实施方式
[0028]实施例1：
[0029]实施例1制备了一种3D打印专用的Al
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Mn
‑
Mg
‑
Sc
‑
Zr铝合金粉末，按质量百分比计，所述铝合金微米颗粒中元素的组分含量为，Mn：4.95wt％；Mg：1.35wt％；Sc：0.73wt％；Zr：0.22wt％；Si：0.03wt％；Fe：0.05wt％，其余为Al。图1为本专利技术实施例1的配方制备的高强度铝合金粉末粒度分布示意图。如图1所示，该铝合金粉末的粒度分布呈现典型正态分布，颗粒尺寸为15～63微米，满足SLM打印技术要求。
[0030]利用上述的铝合金粉末进行3D打印工作，首先在打印前，将上述铝合金粉末置于干燥箱中进行烘干处理，在80℃下保温6h。在打印前，往打印仓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强铝合金粉末，其特征在于，按质量百分比计，包括：Mn：4.2～6.0wt％，Mg：1.2～3.0wt％，Sc：0.6～1.0wt％，Zr：0.05～0.6wt％，Si：0.01～0.2wt％，Fe：0.01～0.2wt％，其余为Al。2.根据权利要求1所述的高强铝合金粉末，其特征在于，按质量百分比计，包括：Mn：4.2～5.0wt％，Mg：1.2～2wt％，Sc：0.6～0.8wt％，Zr：0.1～0.3wt％，Si：0.01～0.1wt％，Fe：0.01～0.1wt％，其余为Al。3.根据权利要求1所述的高强铝合金粉末，其特征在于，所述高强铝合金粉末的颗粒尺寸为：15～63微米。4.如权利要求1
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3中任一项所述的高强铝合金粉末在3D打印技术中的应用。5.一种高强铝合金粉末的3D打印方法，其特征在于，采用如权利要求1
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3中任一项所述的高强铝合金粉末进行3D打印，所述的3D打印方...

【专利技术属性】
技术研发人员：金晓杰，施春宇，张达明，
申请(专利权)人：苏州三峰激光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：