[發明專利]一種高強度鋁鎂合金的3D打印工藝方法

有效

• 申請號: 202010616674.X
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111872386B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 尹春月;嚴彪;嚴鵬飛
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B22F10/28
• 分類號: B22F10/28;B22F10/64;B22F10/36;B22F9/08;B22F1/00;C22C21/08;C22C21/00;B33Y10/00;B33Y40/20;B33Y50/02;B33Y70/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及高強度鋁鎂合金的3D打印工藝方法，屬于3D打印技術領域。首先，高強度鋁鎂合金原料通過加熱熔融使其混合均勻；然后對熔融狀態的高強度鋁鎂合金采用氣霧化技術制得高品質的鋁鎂合金粉末，干燥后得到用于3D打印的鋁鎂合金粉末；調整打印參數，在通入惰性氣體的打印設備中按照零件的三維模型數據進行3D打印，得到以高強度鋁鎂合金為原料的3D打印產品。與現有技術相比，采用該工藝方法打印出的產品，其相對密度可達99％以上，維氏硬度可達110HV以上，抗拉強度可達430MPa以上，延伸率可達21％，經過合適的熱處理，樣品的維氏硬度可達150HV以上，抗拉強度可進一步提升到520MPa以上，延伸率保持在17％或以上。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，尤其是涉及一種高強度鋁鎂合金的3D打印工藝方法。

背景技術

3D打印是一種利用三維模型數據，通過層層累積的方式獲得具有復雜形狀產品的制備技術。與傳統塑料、陶瓷、金屬和合金以及復合材料的制備方法相比，3D打印技術具有能制備高精度及復雜形狀產品、節約原材料、節約成本等一系列優勢，具有良好的應用前景。目前常用的3D打印方法包括直接三維打印成型技術(3DP)，選擇性激光熔融技術(SLM)，立體光固化技術(SLA)，熔融沉積技術(FDM)等，其中選擇性激光熔融技術(SLM)被廣泛應用于金屬粉末的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，主要應用于航空航天及汽車工業。

鋁合金在3D打印制造技術中被廣泛關注的一種材料，它具有重量輕、熔點低和可塑性高等特點，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中具有廣泛的應用前景。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難題：與鈦或鋼的SLM相比，由于鋁及鋁合金的高導熱率和反射率，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阻止其燒結，因此打印產品可能會有較高的孔隙率。也由于這些技術難題，目前SLM打印的鋁合金的強度都不高，甚至達不到相同成分的鑄造鋁合金的強度，但是成本比后者高得多。所以盡管工業界對3D打印鋁合金有著很高的興趣，但是市場上應用的3D打印鋁合金產品還很有限，大部分的鋁合金零件還是通過鑄造等傳統工藝來生產的。

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技術制備的鋁硅合金其抗拉強度最高約為450MPa，延伸率在4％左右，拉伸強度適中且延伸率低。強度更高延展性更好的可鍛鋁合金由于在SLM加工過程中往往會產生大量裂紋，從而導致產品性能較差，遠不能與常規制造的鋁合金相比。目前通過SLM制備的鋁硅合金經過熱處理后其延展性略有上升，但拉伸性能卻會大幅下降，熱處理對其性能的提升效果有限，反而會破壞其精細的顯微組織，造成性能降低。針對目前SLM鋁合金的研究現狀，設計和優化專用于SLM的鋁合金可能是通過SLM制備高性能鋁合金的一種有效途徑。

研究發現，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品。同時，Sc還可形成納米Al₃Sc沉淀物，進一步提高SLM鋁合金的強度。但是，稀土元素含量較少，價格昂貴，不利于大規模推廣應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高強度鋁鎂合金的3D打印工藝方法。

本發明是通過控制粉末品質，調整打印參數，改進打印和熱處理工藝來獲得接近致密無裂紋的高強度鋁鎂合金產品的3D打印工藝方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明提供一種高強度鋁鎂合金的3D打印工藝方法，包括以下步驟：

高強度鋁鎂合金原料通過加熱熔融使其混合均勻；

對熔融狀態的高強度鋁鎂合金采用氣霧化技術制得高品質的鋁鎂合金粉末，干燥后得到用于3D打印的鋁鎂合金粉末；