[發明專利]一種多組元稀土鎂合金3D打印工藝

有效

• 申請號: 202010580947.X
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111774566B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王文禮;賀輪;楊鑫
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/366;B22F1/142;B33Y10/00;B33Y40/10;B33Y50/02;B33Y70/00;C22C23/06
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

本發明公開了一種多組元稀土鎂合金3D打印工藝，采用Mg?3.4Y?3.6Sm?2.6Zn?0.8Zr合金粉末，打印工藝為：3D打印前將合金粉體烘干處理，打印中選用ZK61m合金為基板材料，預熱溫度為180℃，在高純氬氣氣氛中(氧含量為10ppm)，選用激光功率為：30w、40w、50w、60w，掃描速度為：200mm/s、300mm/s、400mm/s、500mm/s、600mm/s，鋪粉厚度20μm、激光艙口間距80μm、光斑直徑60μm。掃描軌跡為“蛇形分區式”掃描，逐層旋轉67°。采用基板預熱和“蛇形分區式”掃描策略以及合理的工藝參數，成功解決了該合金3D打印過程殘余應力大的問題。所制備試樣的致密度為84％～98.6％，表面質量好，合金種類新穎，并且打破了目前鎂合金3D打印研究過程中原材料的限制，具有更高的科學研究價值。

技術領域

本發明涉及新材料3D打印技術領域，具體涉及一種多組元稀土鎂合金3D打印工藝。

背景技術

當前3D打印技術發展較為成熟，近年來，鈦合金、不銹鋼等材料的3D打印技術已經完成了商業化應用，其制備的產品已在航空航天、機械制造等領域發揮不可替代的作用。而鎂合金精密零件制造工藝大多還是采用壓鑄以及半固態成形技術，這些傳統的鑄造工藝所帶來的鑄件晶粒粗大、成分偏析、縮孔、縮松、氣孔、夾雜物、裂紋等缺陷，嚴重阻礙了鎂合金的發展。

鎂合金3D打印技術的應用，可以近乎消除傳統鑄造工藝所帶來的缺陷，并且3D打印技術具備直接制造終端金屬產品，省掉中間過渡環節、得到致密度近乎100％的實體。鎂作為合金基體，加入種類多而含量少的合金元素，可以顯著提高鎂合金的各種性能，因此開發研究多組元鎂合金3D打印技術已成為科學研究的熱點。

目前對鎂合金3D打印的研究只局限于常用的商業牌號，受限于商業金屬粉末的限制，所研究的大多為兩組元鎂合金，大大制約了多組元鎂合金3D打印的發展。由于多組元成分在3D打印過程中快速凝固作用下各組元之間的交互作用會影響其最終的組織和性能，因此開發多組元鎂合金3D打印工藝有望推進鎂合金的進一步發展和應用。

申請人在以往的研究中，發現了Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金粉體，可用作實驗初期的研究，并申請了中國專利(申請號：2020100209690)。但在后續的3D打印應用中發現，由于稀土元素的加入，各合金元素之間在3D打印過程中的快速凝固作用下，產生交互作用。使用該合金時，若采用常規的3D打印工藝，會產生以下問題：

1、選用常規合金為基板材料，并且未預熱時，3D打印過程中該合金粉末未能與基板材料良好結合以及粉末熔化后不能快速鋪展，從而產生嚴重的“球化現象”，阻礙了3D打印過程的進行。

2、該合金粉末采用常規的3D打印工藝，在粉層高度達到0.8mm時由于殘余應力過大，試樣邊角部分均發生嚴重的翹曲，阻礙了鋪粉過程的正常進行，致使3D打印過程失敗。

3、當激光功率小于30w時，該合金3D打印過程中產生嚴重的黑色煙霧，粉末未能充分熔化，所制備的試樣致密度均比較低并且伴有嚴重的缺陷；當激光功率等于60w時，試樣均產生嚴重的宏觀裂紋。

因此，進一步對該合金的3D打印工藝進行研究，以解決該合金在常規3D打印過程中上述各種缺陷所阻礙3D打印過程正常進行的問題，是申請人繼續研究的課題。

發明內容

針對上述本發明的目的在于，提供一種多組元稀土鎂合金粉末的3D打印工藝，并研究多組元稀土鎂合金在快速凝固作用下不同于傳統鑄造工藝所產生的組織和性能，同時為3D打印材料的多元化提供一定的實驗基礎。

為實現上述任務，本發明采用如下的技術解決方案：

一種多組元稀土鎂合金粉末的3D打印工藝，所述的多組元稀土鎂合金粉體為Mg-3.4Y-3.6Sm-2.6Zn-0.8Zr合金粉體，其特征在于，按以下步驟實施：