[發明專利]一種用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 202010616840.6
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111842916A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 尹春月;嚴鵬飛;嚴彪
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08;B22F1/00;B22F3/105;B33Y70/00;C22C21/08;C22C21/02;C22C21/00;C22C21/16;C22C21/14
• 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

本發明涉及用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末的制備方法，屬于金屬粉末3D打印技術領域。將鋁鎂硅合金原料在加熱熔融后，使其充分混合均勻；通過氣霧化技術制得的鋁鎂硅合金粉末；氣霧化后對鋁鎂硅合金粉末進行篩分得到所需粒徑范圍內的用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末；鋁鎂硅合金原料中硅鋁的配比滿足最終用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末中：Mg含量為0.10％wt?6.00％wt，Si含量為0.05％wt?4.00％wt，Zr含量為0.01％wt?2.00％wt，Fe含量為0.01％wt?2.00％wt，Mn含量為0.01％wt?1.50％wt，Cu含量為0.01％wt?1.2％wt，其余為Al。采用該鋁鎂硅合金粉末SLM制得的樣品強度與SLM鋁硅合金相當，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鋁合金的使用需求，而且減少了可鍛鋁合金復雜的后處理過程，節約了能源和成本。

技術領域

本發明屬于3D打印技術領域，尤其是涉及一種用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末及其制備方法。

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)，選擇性激光熔化技術(SLM)，立體光固化技術(SLA)，熔融沉積技術(FDM)等，其中選擇性激光熔化技術(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、熔點低、安全性高和可塑性好等特點，在零件減重方面具有廣闊的應用前景，也因此在輕量化汽車和航空航天工業中占據著越來越重要的地位。雖然工業界對通過3D打印技術制備鋁合金產品有著很高的興趣，也已經有很多SLM制備的鋁合金零件在一些領域得到了應用，但是，SLM制備的鋁合金產品的大規模應用仍然受到原料合金粉末的制備及其性能、配套打印機的生產、打印模型的開發、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品的SLM打印機大都是國外進口的，同樣用于打印的合金粉末原料也大都需要進口，粉末售價也比較昂貴，這就大大增加了打印鋁合金產品的成本，限制了它的技術開發及大規模應用。

國內也在積極開發合金粉末原料制備技術，但是，鋁合金容易氧化，對粉末來講，其比表面積增大就更容易氧化，而氧化的粉末對打印產品的性能有著極大的影響。而且，用于打印的粉末原料對粉末粒徑大小及均勻性、流動性及粉末純度都有著較高的要求。所以國內目前采用的粉末原料制備技術要么制得的產品性能不好，要么制備技術復雜，成本較高，不能大規模生產。

目前大量用于鋁合金3D打印的是有著較好鑄造性能的鋁鎂硅合金，如AlSi10Mg，AlSi12等。通過SLM技術制備的鋁鎂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，導致開裂，使得產品性能較差，遠不能與常規制造的鋁合金相比，所以，難以通過SLM技術來制備。6xxx鋁合金具有良好的塑性、耐蝕性、可焊接性及著色性能，廣泛應用于建筑、機械零件、汽車工業等領域，是一種可時效熱處理的中等強度鋁合金，但是，目前對6xxx鋁合金的SLM研究較少。

研究發現，通過在合金中添加Sc等稀土元素，可以有效解可鍛鋁合金由于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用于3D打印的鋁鎂硅合金粉末及其制備方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：