[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度鋁鎂硅合金的3D打印工藝方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010614769.8
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN111673085A
• 公開（公告）日: 2020-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹春月;嚴(yán)彪;嚴(yán)鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F3/105
• 分類號(hào): B22F3/105;B22F1/00;B22F9/08;B22F3/24;C22C1/04;C22C21/02;C22C21/08;C22C21/14;C22C21/16;C22C21/00;C22F1/04;C22F1/043;C22F1/057;C22F1/047
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發(fā)明涉及高強(qiáng)度鋁鎂硅合金的3D打印工藝方法，屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域。首先，高強(qiáng)度鋁鎂硅合金原料通過加熱熔融使其混合均勻；然后對(duì)熔融狀態(tài)的高強(qiáng)度鋁鎂硅合金采用氣霧化技術(shù)制得高品質(zhì)的鋁鎂硅合金粉末，干燥后得到用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末；調(diào)整打印參數(shù)，在通入惰性氣體的打印設(shè)備中按照零件的三維模型數(shù)據(jù)進(jìn)行3D打印，得到以高強(qiáng)度鋁鎂硅合金為原料的3D打印產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用該工藝方法打印出的產(chǎn)品，其相對(duì)密度可達(dá)99％以上，維氏硬度可達(dá)110HV以上，抗拉強(qiáng)度可達(dá)400MPa以上，延伸率可達(dá)15％以上，經(jīng)過合適的熱處理，樣品的維氏硬度可達(dá)125HV以上，抗拉強(qiáng)度可進(jìn)一步提升到455MPa以上，延伸率保持在13％或以上。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種高強(qiáng)度鋁鎂硅合金的3D打印工藝方法。

背景技術(shù)

3D打印是一種利用三維模型數(shù)據(jù)，通過層層累積的方式獲得具有復(fù)雜形狀產(chǎn)品的制備技術(shù)。與傳統(tǒng)塑料、陶瓷、金屬和合金以及復(fù)合材料的制備方法相比，3D打印技術(shù)具有能制備高精度及復(fù)雜形狀產(chǎn)品、節(jié)約原材料、節(jié)約成本等一系列優(yōu)勢(shì)，具有良好的應(yīng)用前景。目前常用的3D打印方法包括直接三維打印成型技術(shù)(3DP)，選擇性激光熔融技術(shù)(SLM)，立體光固化技術(shù)(SLA)，熔融沉積技術(shù)(FDM)等，其中選擇性激光熔融技術(shù)(SLM)被廣泛應(yīng)用于金屬粉末的3D打印。目前可用于SLM的金屬及合金主要有不銹鋼、鈦合金、鋁合金等，主要應(yīng)用于航空航天及汽車工業(yè)。

鋁合金在3D打印制造技術(shù)中被廣泛關(guān)注的一種材料，它具有重量輕、熔點(diǎn)低和可塑性高等特點(diǎn)，鋁的重量密度比鈦輕1.7倍，使用鋁合金可以大大減輕零件的總重量，因此鋁合金在汽車輕量化和航空航天工業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景。但是，通過選擇性激光熔融方法制造鋁合金仍然存在很多技術(shù)難題：與鈦或鋼的SLM相比，由于鋁及鋁合金的高導(dǎo)熱率和反射率，需要更高的激光輻射功率。鋁合金粉末容易氧化，粉末顆粒上的氧化膜會(huì)阻止其燒結(jié)，因此打印產(chǎn)品可能會(huì)有較高的孔隙率。也由于這些技術(shù)難題，目前SLM打印的鋁合金的強(qiáng)度都不高，甚至達(dá)不到相同成分的鑄造鋁合金的強(qiáng)度，但是成本比后者高得多。所以盡管工業(yè)界對(duì)3D打印鋁合金有著很高的興趣，但是市場(chǎng)上應(yīng)用的3D打印鋁合金產(chǎn)品還很有限，大部分的鋁合金零件還是通過鑄造等傳統(tǒng)工藝來生產(chǎn)的。

目前大量用于鋁合金3D打印的是有著較好鑄造性能的鋁硅合金，如AlSi10Mg，AlSi12等。通過SLM技術(shù)制備的鋁硅合金其抗拉強(qiáng)度最高約為450MPa，延伸率在4％左右，拉伸強(qiáng)度適中且延伸率低。強(qiáng)度更高延展性更好的可鍛鋁合金由于在SLM加工過程中往往會(huì)產(chǎn)生大量裂紋，從而導(dǎo)致產(chǎn)品性能較差，遠(yuǎn)不能與常規(guī)制造的鋁合金相比。目前通過SLM制備的鋁硅合金經(jīng)過熱處理后其延展性略有上升，但拉伸性能卻會(huì)大幅下降，熱處理對(duì)其性能的提升效果有限，反而會(huì)破壞其精細(xì)的顯微組織，造成性能降低。6xxx鋁合金具有良好的塑性、耐蝕性、可焊接性及著色性能，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械零件、汽車工業(yè)等領(lǐng)域，是一種可時(shí)效熱處理的中等強(qiáng)度鋁合金，但是，目前對(duì)6xxx鋁合金的SLM研究較少。

研究發(fā)現(xiàn)，通過在合金中添加Sc等稀土元素，可以有效解決可鍛鋁合金由于SLM過程中的高冷卻速率而造成的開裂問題，從而制備出表面光滑無裂紋的產(chǎn)品。同時(shí)，Sc還可形成納米Al₃Sc沉淀物，進(jìn)一步提高SLM鋁合金的強(qiáng)度。但是，稀土元素含量較少，價(jià)格昂貴，不利于大規(guī)模推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度鋁鎂硅合金的3D打印工藝方法。

本發(fā)明是通過控制粉末品質(zhì)，調(diào)整打印參數(shù)，改進(jìn)打印和熱處理工藝來獲得接近致密無裂紋的高強(qiáng)度鋁鎂硅合金產(chǎn)品的3D打印工藝方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度鋁鎂硅合金的3D打印工藝方法，包括以下步驟：

高強(qiáng)度鋁鎂硅合金原料通過加熱熔融使其混合均勻；