一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法技术

本发明专利技术涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法，铝合金粉末包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％

【技术实现步骤摘要】
一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法


[0001]本专利技术涉及3D打印
，具体为一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于3D打印技术具有无需模具、结构设计自由、生产流程快、精度高、可制造复杂零件等特点，而在近些年获得了广泛关注。高强铝合金是指以Zn、Mg为主要合金元素的铝合金，该类合金的强度可达600MPa以上，是重要的航空材料。当前铝合金产品的轻量化依然是航空领域关注的重点，然而，铝合金3D打印的相关研究却不多，目前的研究多集中在Al
‑
Si系铸造铝合金。主要的原因在于，铝合金3D打印产品极易产生裂纹，产品强度不高，这限制了铝合金3D打印技术的发展。作为3D打印的原材料，金属粉末的质量好坏直接决定了3D打印产品的质量，这种决定关系要求必须制备优质的合金粉末，才有望解决当前铝合金3D打印产品存在的系列问题。
[0003]合理的成分设计被认为有利于提高铝合金的3D打印成形性能，添加陶瓷相以改善金属的强硬度也是近年来的研究热点。然而，陶瓷材料韧性不足，因此加入稳定剂以改善陶瓷韧性的方法引起人们的注意。
[0004]金属
‑
陶瓷复合的方式多为机械合金化法，该方法很容易破坏粉体的球形度，造成粉末流动性变差，导致后续3D打印难以进行。
[0005]因此，设计3D打印用铝合金粉末成分，并采用合适的工艺进行制备，显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出了一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法。以消除高强铝合金3D打印产品的裂纹，提高铝合金激光增材制造零件的强硬度，满足对3D打印高强铝合金的要求。
[0007]本专利技术所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
[0008]一种3D打印高强铝合金粉末，包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％
‑
8％、Mg含量为1％
‑
2.1％、Ti含量为0.2％
‑
0.5％、Fe含量为0％
‑
1％、Cu含量为0.5％
‑
1.2％、Zn含量为3％
‑
5.1％、Zr含量为0％
‑
0.5％，余量为Al。
[0009]优选地，Si含量为2％
‑
6％、Mg含量为1％
‑
1.5％、Ti含量为0.3％
‑
0.5％、Fe含量为0％
‑
0.6％、Cu含量为0.5％
‑
1％、Zn含量为3％
‑
4％、Zr含量为0％
‑
0.2％、余量为Al。
[0010]优选地，Si含量为5％、Mg含量为1.5％、Ti含量为0.5％、Fe含量为0.6％、Cu含量为1％、Zn含量为4％、Zr含量为0.2％、余量为Al。
[0011]一种3D打印高强铝合金粉末的制备方法，用于制备一种3D打印高强铝合金粉末，包括步骤如下：
[0012]步骤(一)按照一种3D打印高强铝合金粉末成分进行配料，并进行预处理；
[0013]步骤(二)将配好的母材放入熔炼炉中进行真空感应气雾化制备铝合金粉末；
[0014]步骤(三)雾化铝合金粉末完全冷却后，收集铝合金粉末并过筛，对过筛后的铝合金粉末进行分析以及性能测试，得到满足要求的铝合金粉末；
[0015]步骤(四)将铝合金粉末与钇稳定氧化锆粉末混合，并采用射频等离子球化对两种粉末进行进一步球化处理和混合；
[0016]步骤(五)用球化后的混合粉末进行激光增材制造试样产品；
[0017]步骤(六)将步骤(五)制造的试样产品在拉伸试验机上进行力学拉伸试验，测试试样产品的抗拉强度和延伸率。
[0018]优选地，步骤(一)中预处理过程为：先用100目砂纸对原料进行打磨，随后用酒精清洗，再用吹风机吹干，最后称量。
[0019]优选地，步骤(二)中进行真空感应气雾化的工艺参数为：熔炼炉抽真空至10
‑3Pa，雾化压力为4MPa
‑
6MPa，熔炼功率为20kW
‑
40kW。
[0020]优选地，步骤(三)中过筛获得粒度分布为15μm
‑
53μm的铝合金粉末；并进行成分分析、微观组织分析，流动性性能测试、松装密度性能测试。
[0021]优选地，步骤(四)中钇稳定氧化锆粉末粒度为10nm
‑
100nm，钇稳定氧化锆粉末含量为0.1％
‑
1.5％，钇稳定氧化锆粉末中的钇含量为5％
‑
10％。
[0022]优选地，步骤(四)中射频等离子球化的工艺参数：送粉速率为4g/min
‑
8g/min，载气流量为2slpm
‑
6slpm，鞘气流量为15slpm，功率为15kW。
[0023]优选地，步骤(五)中激光增材制造具体过程为：
[0024]步骤(A)将步骤(四)中混合后的铝合金粉末倒入3D打印机中，抽真空至真空度达到10
‑3Pa；
[0025]步骤(B)通入Ar作为保护气体，开启预热，温度到达70℃后开始进行铝合金SLM打印成形；
[0026]步骤(C)打印参数：激光功率为200W
‑
500W，厚度为50μm，预热温度为100℃
‑
150℃。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术通过优化粉末成分、减少增强相的成分，以减少3D打印高强铝合金裂纹；将铝合金粉末与钇稳定氧化锆粉末采用等离子球化技术混合，钇稳定氧化锆可以细化晶粒，起到了既进一步减少裂纹，又在一定程度上弥补粉末成分优化所带来的强度降低，同时等离子球化技术可以提高粉末的球形度，进一步增强粉末的打印性能。
附图说明
[0029]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明：
[0030]图1为本专利技术的铝合金粉末制备流程图；
[0031]图2为本专利技术制备后的铝合金粉末形貌图。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本专利技术进一步阐述。，
[0033]一种3D打印高强铝合金粉末，包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％
‑
8％、Mg含量为1％
‑
2.1％、Ti含量为0.2％
‑
0.5％、Fe含量为0％
‑
1％、Cu含量
为0.5％
‑
1.2％、Zn含量为3％
‑
5.1％、Zr含量为0％
‑
0.5％，余量为Al。
[0034]考虑到高强铝合金易产生裂纹，要减少强化相的含量，因此进一步优化成分：Si含量为2％本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3D打印高强铝合金粉末，其特征在于：包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％
‑
8％、Mg含量为1％
‑
2.1％、Ti含量为0.2％
‑
0.5％、Fe含量为0％
‑
1％、Cu含量为0.5％
‑
1.2％、Zn含量为3％
‑
5.1％、Zr含量为0％
‑
0.5％，余量为Al。2.根据权利要求1所述的一种3D打印高强铝合金粉末，其特征在于：Si含量为2％
‑
6％、Mg含量为1％
‑
1.5％、Ti含量为0.3％
‑
0.5％、Fe含量为0％
‑
0.6％、Cu含量为0.5％
‑
1％、Zn含量为3％
‑
4％、Zr含量为0％
‑
0.2％、余量为Al。3.根据权利要求2所述的一种3D打印高强铝合金粉末，其特征在于：Si含量为5％、Mg含量为1.5％、Ti含量为0.5％、Fe含量为0.6％、Cu含量为1％、Zn含量为4％、Zr含量为0.2％、余量为Al。4.一种3D打印高强铝合金粉末的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1至3中任一项所述的一种3D打印高强铝合金粉末，包括步骤如下：步骤(一)按照权利要求1至3中任一项所述的一种3D打印高强铝合金粉末成分进行配料，并进行预处理；步骤(二)将配好的母材放入熔炼炉中进行真空感应气雾化制备铝合金粉末；步骤(三)雾化铝合金粉末完全冷却后，收集铝合金粉末并过筛，对过筛后的铝合金粉末进行分析以及性能测试，得到满足要求的铝合金粉末；步骤(四)将铝合金粉末与钇稳定氧化锆粉末混合，并采用射频等离子球化对两种粉末进行进一步球化处理和混合；步骤(五)用球化后的混合粉末进行激光增材制造试样产品；步骤(六)将步骤(五)制造的试样产品在拉伸试验机上进行力学拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘庆伟，范朝，舒送，袁晨风，程宗辉，胡家齐，范鑫，阚艳，单奕萌，
申请(专利权)人：国营芜湖机械厂，
类型：发明
国别省市：