[發明專利]一種3D打印鋁合金的制備方法

有效

• 申請號: 202010462685.7
• 申請日: 2020-05-27
• 公開（公告）號: CN111644619B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發明（設計）人: 于軍
• 申請（專利權）人: 河南中鉆新材料有限公司
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/64;B22F1/14;B22F1/052;B22F9/08;C22C21/02;C22C19/03;C22C1/05;C22C32/00;B33Y70/00;B33Y10/00;B33Y40/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種采用3D打印技術制備各向同性鋁合金的方法，屬于鋁合金領域。通過在鋁中添加適量的Si、Cu、Ni、Zr和B元素，采用氣霧化制粉技術分別制備鋁合金粉末與鎳合金粉末按質量比為98.5％：1.5％進行混合得到混合粉末,能夠在打印的過程中形成納米尺度的ZrB₂相和AlB₂相，可顯著消除凝固柱狀晶組織，細化晶粒，使得合金各向同性，通過后續的時效處理再析出Si、Al₂Cu、Al₃Ni亞微米尺度的強化相，可顯著提高鋁合金的室溫強度和高溫強度，同時合金保持高的延伸率。

技術領域

本發明屬于鋁合金領域，涉及一種3D打印各向同性高強鋁合金的制備方法。

背景技術

金屬3D打印技術成形零件復雜度高,特別適合制造具有復雜結構的精密零件(例如含有內流道或復雜柵格結構的散熱器件),在工業領域具有廣泛的應用前景，被廣泛用于制備鋁合金、鈦合金、高溫合金和鋼鐵等金屬材料。鋁合金材料比強度高，耐蝕性能優異，在汽車工業和航空航天等領域已有廣泛的應用。目前在航空航天領域，3D打印技術可以解決極端復雜的精密構件加工制造難題，在隨形內流道、復雜薄壁、鏤空減重、復雜內腔、多部件集成等復雜結構問題上有先天優勢，是3D打印技術快速發展的重要領域。但在3D打印鋁合金的應用中，由于傳統鋁合金的成形特點，大部分牌號不適用于3D打印。僅有適用于3D打印的幾種鑄鋁牌號合金，包括AlSi10Mg、AlSi12等，由于其自身材料性能限制，無法適用于航空航天高端領域的大規模應用，難以滿足高強、高溫使用要求，因此大大限制了3D打印在航空航天減重上的應用需求。

發明內容

本發明針對目前3D打印鋁合金存在的強度低，尤其是高溫強度低、以及各向異性問題，設計了一種新的鋁合金成分,通過在鋁中添加適量的Si、Cu、Ni、Zr和B元素，能夠在打印過程中以及后續時效過程中生成多個亞微米強化相，通過這些強化相的協同作用，能夠大幅度提高合金的室溫和高溫強度，同時打印零件成形性好，無裂紋和變形缺陷。

一種3D打印鋁合金的制備方法，其特征在于：制備步驟如下：(1)采用氣霧化制粉技術制備鋁合金粉末，粉末的質量配比為Al～

(5.5-6.0％)Si～(1-1.2％)Cu～(1.1-1.2％)Zr；

(2)采用氣霧化制粉技術制備質量配比為Ni～(30-35)％B的合金粉末；

(3)將步驟(1)制備的鋁合金粉末與步驟(2)制備的Ni合金粉末分別進行篩分，然后按質量比98.5％：1.5％的比例進行混合。

(4)采用粉床式3D打印機進行零件的激光打印，氣氛采用氬氣氣氛；

(5)打印后進行時效處理。

進一步地，步驟(3)所述鋁合金粉末的粒度為15-53微米，所述Ni合金粉末的粒度為5-10微米。

進一步地，步驟(4)所述激光打印激光功率控制在200-230W范圍內，掃描速度500-700mm/s，激光斑點直徑80-100μm。

進一步地，步驟(5)所述時效處理溫度為500-550℃，保溫時間60-90分鐘。

采用上述參數制備的鋁合金材料，室溫抗拉強度達到580-600MPa，屈服強度達到560-580MPa，延伸率大于12％，250℃的高溫抗拉強度大于260MPa，屈服強度大于190MPa，延伸率大于10％，能夠滿足航空航天對鋁合金零件的性能要求。