[發明專利]一種3D打印高強Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法

在審

• 申請號: 202210782932.0
• 申請日: 2022-07-05
• 公開（公告）號: CN115354199A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 吳敏;秦飛;郭志燕;陳衛林;陶悅
• 申請（專利權）人: 安徽天航機電有限公司
• 主分類號: C22C21/06
• 分類號: C22C21/06;B22F9/08;B22F10/28;B22F10/366;B22F10/37;B33Y10/00;B33Y70/00
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 戴鳳儀

本發明涉及合金粉末領域，具體是一種3D打印高強Al?Mg?Mn?Sc?Zr合金粉末及其成形方法，該合金粉末按照重量百分比包括：Mg2?6％、Mn0?1％、Sc0.3?0.8％、Zr0.3?0.8％，余量為Al，其具體步驟如下：S1、制備Al?Mg?Mn?Sc?Zr合金粉末；S2、測試粉末的物理特性；S3、制備合金試樣；本發明采用選區激光熔化技術制備了該種新型增材制造高強鋁合金金屬粉體，成形過程中鋪粉層厚為0.01?0.08mm,激光的掃描功率為270?380W,掃描速率為800mm/s?1600mm/s，掃描間距為0.08?0.13mm,通過上述成形工藝制備的增材制造合金樣品內部致密，無孔隙，成形缺陷少，綜合力學性能高。

技術領域

本發明涉及合金粉末領域，具體是一種3D打印高強Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法。

背景技術

隨著現代制造業對產品性能要求的不斷提高，產品結構和功能的復雜化和一體化已經成為未來的發展趨勢。而應用傳統技術加工和制備復雜金屬零件的局限性日益凸顯，加工成本也大幅提高。選區激光熔化(selective laser melting，SLM)技術是激光增材制造技術的一種，可以生產出致密好、精度高的復雜金屬零部件，并且零件成形后的處理工藝較為簡單，可大幅縮短生產周期。Al-Mg系鋁合金具有良好的加工硬化性，出色的耐腐蝕和焊接性能，因此廣泛應用于汽車、船舶、建筑和航空航天等領域。Al-Mg合金中添加Sc以提高合金性能的工藝，具有很大的應用前景，已成為國際上的研究熱點。Al-Mg-Sc系鋁合金屬于高強鋁合金，主要用在飛機的機翼腹板、機身結構的梁、肋以及重要連接部位接頭零頭。但該鋁合金的制備目前仍存在對激光吸收率低、導熱率高、易氧化等問題且較難克服。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提出一種3D打印高強Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法。

一種3D打印高強Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末，按照重量百分比包括：Mg2-6％、Mn0-1％、Sc0.3-0.8％、Zr0.3-0.8％，余量為Al。

一種3D打印高強Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末的成形方法，其具體步驟如下：

S1、制備Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末：

a、采用氣霧化方法制備Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末，使用電感耦合等離子體原子發射光譜儀即ICP-AES對金屬粉末的化學成分進行了測試；

b、實驗所用的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末化學成分中Mg：4.8％，Sc：0.7％，Mn：0.5％，Zr：0.3％，還有微量的Fe、Zn、Cu、Ti、V類元素，余量為Al；

c、實驗使用激光粒度分析儀即Master sizer 3000E測量粉體粒徑，粒徑主要分布在20～75μm，球形度為0.858；

S2、測試粉末的物理特性：

a、采用智能粉體特性測試儀即BT1001測試粉末休止角、崩潰角、松裝密度以及流動性指數類物理特性；

b、得到粉末休止角為34.01°，崩潰角為15.27°，差角為18.74°，平板角為31.55°，松裝密度為1.28g/cm³，振實密度為1.69g/cm³；

c、通過霍爾流速計測得50g粉末自由下落的時間為72.44s，含氧量為744ppm，含氮量為25ppm；

S3、制備合金試樣：

a、采用選區激光熔化技術制備合金試樣，沉積粉末層的厚度為0.03mm，掃描間距固定為0.12mm，相位角67°，激光功率為310W，激光掃描速率1200mm/s；