[发明专利]一种用于3D打印的铝合金粉及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于3D打印的铝合金粉及其制备方法，按质量百分含量，该铝合金粉的成分为：Mg 4.5~5%；Mn 0.3~0.7%；RE 0.3~0.8%；Zr 0.2~0.4%；余量为Al以及不可避免的杂质；其中RE为稀土元素。本发明在铝镁合金成分中，引入稀土及锆元素，细化晶粒，同时产生Al3（REZr）析出强化，强度达到σ_b=450MPa以上，打印成型性好。

技术领域

本发明涉及一种用于3D打印的铝合金粉及其制备方法，属于铝合金技术领域。

背景技术

3D打印是一种增材制造技术，被誉为“第三次工业革命”。目前最为普及的方式是粉末床激光选区熔覆(SLS)，所使用的金属粉末材料有Fe、Ni、Cu、Ti、Al等。由于Al密度小，熔点低，耐蚀性好，导电导热性好等优点，无疑是应用最广泛的金属之一，其也是增材制造研究的热点。但3D打印的Al粉发展缓慢，目前商业化的铝合金粉末主要有AlSi10Mg、AlSi12两种，由于强度不高(σ_b＝300MPa)，在航空航天轨道交通上应用受到制约，而该领域是3D打印金属发展最快的行业，以及最有可能商业化的领域之一。3D打印AlSi10Mg粉制造采用非真空熔炼，N₂气喷雾法生产，氧含量高达1000ppm以上，对粉末的打印烧结过程造成影响，难以获得高性能的Al材。

发明内容

本发明解决的技术问题是，3D打印用的铝合金粉种类较少，强度不高，难以获得高性能的铝合金材料。

本发明的技术方案是，提供一种用于3D打印的铝合金粉，按质量百分含量，该铝合金粉的成分为：

Mg 4.5～5％；Mn 0.3～0.7％；RE 0.3～0.8％；Zr 0.2～0.4％；余量为Al以及不可避免的杂质；其中RE为稀土元素。

优选地，RE选自Er、Yb、Y、Sc、Tb、Ce、Sm中的一种或多种。

优选地，按质量百分含量，Mn 0.3～0.6％。

优选地，按质量百分含量，Zr 0.25～0.4％。

优选地，不可避免的杂质包括Fe和Si，其中按质量百分含量，Fe＜0.1％，Si＜0.1％。

本发明还提供上述铝合金粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)以纯铝、纯镁、Al-RE中间合金、Al-Zr中间合金、Al-Mn中间合金为原料进行配料；

(2)在保护气氛下，将经过配料后的原料加热熔化成金属液；加热升温程序为：先升温至750-800℃，保温10-40分钟，然后升温至800-950℃；

(3)将熔化得到的金属液进行雾化制粉，经分级后得到粒径D50为15-53μm的铝合金粉。

优选地，所述雾化为气体雾化。

优选地，步骤(1)中，纯铝、纯镁的纯度均大于99％。

优选地，步骤(2)中，保护气氛为氩气。

优选地，步骤(2)中，将经过配料后的原料放入真空熔炼喷粉装备坩埚中，加热，抽真空至真空度5×10^-1Pa时，充入氩气至绝对压力为0.07MPa，再加热升温使原料熔化。

本发明的有益效果是：(1)采用真空熔炼，氩气(Ar)喷雾制粉，避免了氧化及N₂气与RE在高温下的反应。(2)雾化制粉后粉末含氧量＜300ppm，粉末分选工序后粉末的含氧量＜500ppm。(3)铝镁合金成分中，引入稀土及锆元素，细化晶粒，同时产生Al3(REZr)析出强化，抗拉强度达到σ_b＝450MPa以上；性能优于AlSi10Mg，打印成型性好。(4)雾化工艺保证，粒度15-53μm占比40～60％，收得率高。