一种用于3D打印的合金粉体及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于3D打印的合金粉体及其制备方法，制备方法包括以下步骤：S10：按照合金粉体的化学组成分子式配制原料，原料的摩尔量比为20：20：20：20：20，化学组成分子式如式（I）所示：Al

【技术实现步骤摘要】
一种用于3D打印的合金粉体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及合金材料
，具体而言，涉及一种用于3D打印的合金粉体及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着材料应用的日趋轻量化，高比强度和低密度的轻质合金在航空航天、军事工业、新能源汽车等领域具有重要的应用需求和应用前景。但是，铝合金、镁合金、钛合金等传统的轻质材料都存在着一些问题，如铝合金和镁合金的强度低，钛合金耐磨性和高温抗氧化性差等。
[0003]近几年，高熵合金作为一种全新的多主元合金，因其合金体系选择广泛、具有多种优异的物理和化学特性而引起人们的广泛关注，尤其是，轻质高熵合金自2010年被研发出来之后受到广泛关注。在高熵效应、缓慢扩散效应、“鸡尾酒”效应和晶格畸变效应的共同作用下，轻质高熵合金具有高强度、高硬度、耐磨损、耐腐蚀等优异性能和低密度的优点。
[0004]迄今为止，所报道的有关轻质高熵合金的制备工艺仅仅包括真空电弧熔炼、真空感应熔炼和机械合金化法这3种常规的合金制备工艺。但是，对于轻质高熵合金而言，无论由真空感应熔炼或真空电弧熔炼所得到的铸态合金样品往往都呈现出典型的不均匀的树枝晶和枝晶间形貌，存在一定程度的成分偏析，甚至还存在孔隙、裂纹和夹杂等明显的铸造缺陷，从而恶化合金材料的性能，而机械合金化存在生产周期长且杂质控制困难等缺点。
[0005]3D打印技术是结合了材料、机械、计算机和数控于一体的成型制造技术，制备过程无需模具直接成型，在单件定制与复杂件成型方面可大幅减少材料用量，缩短制造周期，是铸造、锻造、焊接等传统加工方式的重要补充，能够满足未来先进成型制造技术的发展要求，广泛应用于航空航天、船舶、汽车制造等领域。因此，应用3D打印技术得到轻质合金的复杂构件是一种有效新方法。虽然3D打印技术已经在普通轻质合金中得到应用，比如，3D打印的AlSi
10
Mg铝合金已广泛应用于手板加工制作行业。但是，迄今为止，尚没有关于应用3D打印技术，通过轻质高熵合金粉体得到轻质高熵合金的有关报道。
[0006]因此，如何制备一种3D打印用轻质高熵合金粉体，成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题，也是推进轻质高熵合金在航空航天和军事工业等高
应用的关键。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供一种具有高球形度、均匀的颗粒度、较低的密度、高的比强度和比硬度，且具有很好的3D打印成型能力的轻质高熵合金粉体，解决了目前缺乏性能好的用于3D打印的轻质高熵合金粉体的技术问题。
[0008]为解决上述问题，本专利技术提供一种用于3D打印的合金粉体的制备方法，包括以下步骤：S10：按照合金粉体的化学组成分子式配制原料，原料的摩尔量比为20：20：20：20：20，化学组成分子式如式（I）所示：
Al
20
Mg
20
Ti
20
M
20
N
20
ꢀꢀꢀꢀ
（I）其中，M选自Li、Zn、Sc、Ca中的一种；N选自Cu、Y、Yb、Lu、Tm、V中的一种；S20：对原料进行熔炼，熔炼的温度为720℃
‑
1020℃，熔炼的时间为10min
‑
40min，得到合金熔融体；S30：对合金熔融体进行保温处理；S40：对保温处理后的合金熔融体进行雾化，雾化后筛分，得到合金粉体。
[0009]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：镁基复合材料具有密度低、比强度和比刚度高，同时还具有良好的耐磨性、耐高温性、耐冲击性、优良的减震性及尺寸稳定性和铸造性等，采用Ti颗粒作为镁基复合材料的强化相，使得复合材料的强度和塑性都有所提高，且界面结合紧密。Ti
‑
Al系金属间化合物其有密度小和比强度高的特点，且具有优良的高温抗氧化性能和高温强度。因此，Al
‑
Mg
‑
Ti基符合材料具有质轻、比强度和比刚度高、导热导电性能好、高强度、高模量、高硬度、高尺寸稳定性和优良的耐磨性、耐蚀、减振性能及高温性能等优点。通过改变M和N的组分以及制备工艺条件，可以实现该轻质高熵合金粉体的颗粒度和物理性能的调节。原料配制完成后，进行熔炼，达到提高金属的纯净度，减少了合金的氧化损失，改善其结晶组织和性能的目的，得到的合金熔融体经过雾化后被高压气流的动力所分散，合金粉体弥漫在雾化塔中进行快速凝固冷却，筛分后，获得颗粒较细，含氧量低的合金粉体，上述制备方法简便易行。
[0010]在本专利技术的一个实例中，熔炼在惰性气体的保护气氛下进行。
[0011]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：在熔炼过程中，充入惰性气体能够控制熔炼炉内的压力和气氛，合金熔融体被高压惰性气体流的动力所分散，并且能够减少氧化损失。
[0012]在本专利技术的一个实例中，熔炼的温度为750℃
‑
920℃，熔炼的时间为15min
‑
25min。
[0013]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：熔炼的温度根据熔炼的材质来定，熔炼的温度过高，会导致产生过多氧化废渣。熔炼的时间过长，会导致熔炉的生产率降低。因此，需要对熔炼的温度和时间进行合理控制。
[0014]在本专利技术的一个实例中，保温处理的温度为720℃
‑
1020℃，保温的时间为10min
‑
30min。
[0015]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：当熔炼炉内合金原料转换成合金熔融体之后，对热负荷需求减少，温度迅速提升，需及时控制热负荷的供应量，保温期精确控制热负荷大小，确保以最小的热量供应量实现保温效果，从而降低不必要的能源消耗。
[0016]在本专利技术的一个实例中，雾化的压力为4MPa
‑
6MPa，雾化的温度为240℃
‑
320℃，雾化的介质为惰性气体。
[0017]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：过高的雾化压强对于雾化过程的控制与气体消耗量等都是不利的，在上述条件下进行雾化，且通过惰性气体分散合金熔融体，所得到的合金颗粒细且含氧量低。
[0018]在本专利技术的一个实例中，合金粉体的粒径为15μm
‑
53μm。
[0019]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：因每种工艺使用的粉末粒
度不同，故需要对其进行物理分选，筛分得到粒径为15μm
‑
53μm的合金粉体，能够适用于激光熔化工艺，故其能够用于3D打印。
[0020]本专利技术还提供一种用于3D打印的合金粉体，采用上述任一实例的制备方法制得，利用合金粉体3D打印制件，制件的密度为2.6
‑
3.5 g/cm3，硬度为80
‑
120 HV，拉伸强度400
‑
500 MPa，延伸率为10
‑
20%。
[0021]与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于3D打印的合金粉体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：按照所述合金粉体的化学组成分子式配制原料，所述原料的摩尔量比为20：20：20：20：20，所述化学组成分子式如式（I）所示：Al
20
Mg
20
Ti
20
M
20
N
20
ꢀꢀꢀꢀꢀ
（I）其中，M选自Li、Zn、Sc、Ca中的一种；N选自Cu、Y、Yb、Lu、Tm、V中的一种；S20：对所述原料进行熔炼，熔炼的温度为720℃
‑
1020℃，熔炼的时间为10min
‑
40min，得到合金熔融体；S30：对所述合金熔融体进行保温处理；S40：对保温处理后的所述合金熔融体进行雾化，雾化后筛分，得到所述合金粉体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼在惰性气体的保护气氛下进行。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔炼的温度为750℃
‑
920℃，所述熔炼的时间为15min
‑
25min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保温处理的温度为720℃
‑
1020℃，保温的时间为10min
‑
30min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述雾...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文军，徐然，程鹏飞，励达，
申请(专利权)人：宁波众远新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：