[發明專利]一種三維打印用高塑性輕合金及其制備方法

有效

• 申請號: 202010083201.8
• 申請日: 2020-02-08
• 公開（公告）號: CN111155015B
• 公開（公告）日: 2021-06-25
• 發明（設計）人: 劉文才;李俊鋒
• 申請（專利權）人: 蘇州輕金三維科技有限公司
• 主分類號: C22C23/06
• 分類號: C22C23/06;C22C23/04;C22C1/04;C22F1/06;B22F1/00;B33Y70/00
• 代理公司: 蘇州市方略專利代理事務所(普通合伙) 32267
• 代理人: 朱智杰

本發明公開了一種三維打印用高塑性輕合金及其制備方法，所述合金各組分的質量百分比為：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量為Mg和不可避免的雜質。所述制備方法為：進行成分設計后將原材料制成球形粉末，并把金屬粉末充分混合，對混合后的原材料粉末進行燒結并固溶熱處理，然后通過機械研磨合金化獲得輕合金球形粉末。所得的材料經三維打印出的成品在保持較高強度前提下，具有塑性高、輕量化、耐熱性好、耐磨損的優點。

技術領域

本發明屬于3D打印材料的技術領域，具體涉及一種三維打印用高塑性輕合金及其制備方法。

背景技術

3D打印技術，根據其制造工藝又叫增材制造，屬于快速成型技術的一種，它運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過一層又一層的多層打印方式，最終直接打印出產品，形成“數字化制造”。3D打印技術源自于19世紀末期美國研究的照相雕塑和地貌成形技術，但受限于當時的技術條件，并未取得突破性的進展。上世紀80年代，隨著計算機技術、新材料技術的蓬勃發展，3D打印技術取得了長足的進步，但其商業化、市場化進程緩慢。進入21世紀，3D打印技術得到了迅猛發展，其應用領域也由模具制造、工業設計等逐漸推廣到航空航天、汽車和醫療等領域。

由于鎂合金具有比強度和比剛度高、阻尼減振性好、電磁屏蔽和導熱性能強、耐壓性、散熱佳、易于鑄造和成型、易切削加工和易于回收等一系列獨特的優點，在航空航天、汽車和計算機、通信、消費類電子等結構件產業中的應用潛力巨大。將鎂合金和3D打印技術結合起來服務金屬制造工業，可以推動制造業向低成本、短周期、高效率方向發展。3D打印金屬粉末一般要求純凈度高、球形度好、粒徑分布窄、含氧量低。用于3D打印的金屬原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化，同時在打印過程中又能重新粘結起來，并具有滿足需求的物理和化學性質。

不過，目前用于3D打印的金屬粉末主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，鎂合金因為其化學性質活潑和易燃性，粉末制備困難，還處在試驗階段，未廣泛應用到3D打印領域中。目前常用的三維打印鎂合金的方法是先熔煉制備出鎂合金，然后球磨出粉末，再進行三維打印。整個制備過程工序長，能耗高，易增加雜質，材料利用率低。

發明內容

為了克服現有技術的缺點和不足，本發明的首要目的在于提供一種三維打印用高塑性輕合金及其制備方法。第一方面，本發明提供的一種Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr鎂合金材料，由如下重量百分含量的各元素組成：1~8wt.%Zn，1~7wt.%Er，0.2~5wt.%Nd，0.2~2wt.%Mn，0.1~1wt.%Zr，余量為Mg和不可避免的雜質。

第二方面，本發明提供一種三維打印用高塑性輕合金的制備方法，Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr鎂合金不是用原材料（純鎂、純鋅、Mg-Er中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Mn中間合金、Mg-Zr中間合金）結合傳統的熔煉工藝制備，而是依次按照以下步驟進行：

（1）利用機械研磨工藝將原材料純鎂、純鋅、Mg-Er中間合金、Mg-Nd中間合金、Mg-Mn中間合金、Mg-Zr中間合金制成球形粉末，粒徑30~140μm，含氧量0.06~0.18。

（2）按照Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr鎂合金各元素的具體含量，稱取各類原材料粉末，將金屬粉末充分混合，混合時間20~80分鐘。

（3）將混合后得到的金屬粉末燒結成預制塊并進行固溶熱處理，固溶溫度350~570℃，固溶時間4~30小時。

（4）利用機械研磨工藝將合金預制塊制成球形粉末，粒徑30~140μm，含氧量0.06~0.18。

第三方面，本發明提供一種三維打印零件，該零件是由第一方面中所述的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr鎂合金或第一方面中所述的方法制備的Mg-Zn-Er-Nd-Mn-Zr鎂合金經三維打印制成。

本發明的優點及有益效果是：