[發(fā)明專利]一種用于3D打印的鋁鋅合金粉末及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010614968.9
• 申請(qǐng)日: 2020-06-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111842913A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹春月;嚴(yán)鵬飛;嚴(yán)彪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號(hào): B22F9/08
• 分類號(hào): B22F9/08;B22F1/00;B22F3/105;B33Y70/00;C22C21/10;C22C21/02;C22C21/08;C22C21/18;C22C21/00
• 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)明涉及用于3D打印的鋁鋅合金粉末的制備方法，屬于金屬粉末3D打印技術(shù)領(lǐng)域。將鋁鋅合金原料在加熱熔融后，使其充分混合均勻；通過(guò)氣霧化技術(shù)制得的鋁鋅合金粉末；氣霧化后對(duì)鋁鋅合金粉末進(jìn)行篩分得到所需粒徑范圍內(nèi)的用于3D打印的鋁鋅合金粉末；鋁鋅合金原料的配比滿足最終用于3D打印的鋁鋅合金粉末中：Zn含量為0.50％wt?11.00％wt，Si含量為0.10％wt?10.00％wt，Mg含量為0.05％wt?4.00％wt，Cu含量為0.01％wt?2.80％wt，Zr含量為0.01％wt?2.50％wt，其余為Al。采用該鋁鋅合金粉末SLM制得的樣品強(qiáng)度與SLM鋁硅合金相當(dāng)，但延伸率明顯高于常用SLM的鋁硅合金，能夠滿足大部分情況下對(duì)鋁合金的使用需求，而且減少了可鍛鋁合金復(fù)雜的后處理過(guò)程，節(jié)約了能源和成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于3D打印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于3D打印的鋁鋅合金粉末及其制備方法。

背景技術(shù)

3D打印是一種利用三維模型數(shù)據(jù)，通過(guò)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)，選擇性激光熔化技術(shù)(SLM)，立體光固化技術(shù)(SLA)，熔融沉積技術(shù)(FDM)等，其中選擇性激光熔化技術(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)。

鋁基合金是金屬3D打印中重要的組成部分，鋁基合金具有重量輕、熔點(diǎn)低、安全性高和可塑性好等特點(diǎn)，在零件減重方面具有廣闊的應(yīng)用前景，也因此在輕量化汽車和航空航天工業(yè)中占據(jù)著越來(lái)越重要的地位。雖然工業(yè)界對(duì)通過(guò)3D打印技術(shù)制備鋁合金產(chǎn)品有著很高的興趣，也已經(jīng)有很多SLM制備的鋁合金零件在一些領(lǐng)域得到了應(yīng)用，但是，SLM制備的鋁合金產(chǎn)品的大規(guī)模應(yīng)用仍然受到原料合金粉末的制備及其性能、配套打印機(jī)的生產(chǎn)、打印模型的開(kāi)發(fā)、打印工藝以及各方面的成本等的限制。目前，能制備出性能更好的鋁合金產(chǎn)品的SLM打印機(jī)大都是國(guó)外進(jìn)口的，同樣用于打印的合金粉末原料也大都需要進(jìn)口，粉末售價(jià)也比較昂貴，這就大大增加了打印鋁合金產(chǎn)品的成本，限制了它的技術(shù)開(kāi)發(fā)及大規(guī)模應(yīng)用。

國(guó)內(nèi)也在積極開(kāi)發(fā)合金粉末原料制備技術(shù)，但是，鋁合金容易氧化，對(duì)粉末來(lái)講，其比表面積增大就更容易氧化，而氧化的粉末對(duì)打印產(chǎn)品的性能有著極大的影響。而且，用于打印的粉末原料對(duì)粉末粒徑大小及均勻性、流動(dòng)性及粉末純度都有著較高的要求。所以國(guó)內(nèi)目前采用的粉末原料制備技術(shù)要么制得的產(chǎn)品性能不好，要么制備技術(shù)復(fù)雜，成本較高，不能大規(guī)模生產(chǎn)。

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(guò)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2xxx、7xxx等系列的鋁合金由于在SLM加工過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生大量裂紋，導(dǎo)致開(kāi)裂，使得產(chǎn)品性能較差，遠(yuǎn)不能與常規(guī)制造的鋁合金相比，所以，難以通過(guò)SLM技術(shù)來(lái)制備。除此以外，目前鋁合金的SLM產(chǎn)品還存在諸如機(jī)械性能對(duì)工藝參數(shù)的變化較敏感，熱處理并不一定能提升產(chǎn)品性能等問(wèn)題。針對(duì)目前SLM鋁合金的研究現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)和優(yōu)化專用于SLM的鋁合金可能是通過(guò)SLM制備高性能鋁合金的一種有效途徑。

研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)在合金中添加Sc等稀土元素，可以有效解決2xxx、7xxx等系列可鍛鋁合金由于SLM過(guò)程中的高冷卻速率而造成的開(kāi)裂問(wèn)題，從而制備出表面光滑無(wú)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用于3D打印的鋁鋅合金粉末及其制備方法。

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