[发明专利]一种高强高韧铝合金粉体材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种高强高韧铝合金粉体材料及其制备方法。属于增材制造领域。所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Mg 4.8~5.1%，Sc 0.25~0.35%，Zr 0.15~0.2%，余量为铝。本发明采用惰性气体雾化法制备粉末，熔炼温度为750℃~800℃，熔炼室、雾化室抽真空，真空度要求≤4Pa，保温与熔炼坩埚加热；通过高速氮气将材料高温液流破碎成小液滴后经冷却和球化成金属粉末；制得粉末在环境温度20℃，湿度50％以下分级。材料优点在于提供了一种适用于航空航天领域应用的高强高韧铝合金，特别适用于航空结构件；能够满足航空航天对于3D打印高强高韧粉末的要求，丰富3D打印铝合金在航空结构件的应用。

技术领域

本发明涉及金属3D打印用增材制造领域，特别涉及一种增材制造用高强高韧铝合金粉末材料及其制备方法。

背景技术

3D打印是目前发展最为迅速、最为前沿的快速成型技术之一。在航工航天、汽车工业、机械制造，乃至生物医疗等领域均拥有广泛的应用前景。实现了从传统的减材、等材制造工艺，发展至如今的增材制造工艺，大大提高了材料利用率、节约了原材料投入成本。其便捷的通过计算机数据模型直接制作出结构复杂、形状复杂的零件，大大节约开模成本，缩短了研发、提高了生产效率。

作为3D打印用的金属材料经处理以粉末、丝材等方式存在，经过激光熔化烧结重新结合在一起形成特定的零件形状。当前在研的、成熟的金属3D打印材料来讲主要集中在钴铬合金、铁基合金、钛合金、镍基高温合金以及铝合金。应用来讲钴铬合金应用最为成熟，而铝合金作为一种轻金属材料，具有优良的物理、化学和力学性能，能够广泛适用于制造航空航天、汽车轻量化以及生物医疗等领域。作为一种轻质、性能优异以及性能丰富的合金材料，在SLM领域的应用需求越来越大，应用前景也越来越清晰，但与其他已经成功应用于SLM的材料相比，高强高韧铝合金具有较高的导热率以及对激光较高的反射率，且合金化程度高，结晶范围宽，使得其SLM成型过程中存在有很强的热裂倾向，严重限制了其工程应用。金属零件3D打印技术作为先进制造技术的重要发展方向，市场潜力大，市场需求迫切。

AA5024粉末材料具有强度高，密度小，成形性好等优点，并符合中国标准(B/T1173、HB 962、HB 5012、GB/T 1480、GB/T 1482、GB/T 1479、HB 5441.1 等)和美国标准(ASTM F3049、ASTM B212、ASTM B213等)的质量要求，主要用于制造航空及其他工业领域的机匣、框架、缸体等金属零件，其制备工艺包括3D打印、粉末冶金(PM)、注射成型(MIM)、热等静压(HIP)、喷涂(SP)、焊接修复等。

CN103480854 A公开了一种制备超细金属粉末的方法，包括熔炼、雾化、冷却、固液分离等步骤，其中，雾化介质选自水、氮气、氦气或氩气等，制得的金属粉末或合金粉末粒径小于10μm，且其占比在50％以上、球形度在90％以上、氧含量小于100ppm，该粉末具有耗气量小，冷却效率高，设备要求度不高等优点，符合金属注射成型、热喷涂、热喷焊、3D打印用金属粉末或合金粉末的质量要求。

CN108115145A公开了一种金属粉末制备装置及方法,该装置包括控制系统、熔炼系统、真空系统、雾化室、压力控制系统、除尘系统等部分组成，其中雾化室中的雾化器包括气体雾化喷嘴、流咀和熔体分散器；所述的气体雾化喷嘴和流咀在熔体分散器上方，气体雾化喷嘴中心线和熔体分散器的中心线以及流咀中心线重合，所述流咀安装在熔炼室的底部,且伸入雾化室中。所述方法包括：装炉，金属加热并熔炼，熔体在重力和气体压力的作用下射入雾化室内的熔体分散器上，分散成液滴，对液滴雾化为细小的液滴，液滴冷却凝固形成金属粉末。本发明公开的制备金属粉末的方法具有粉末粒度可控性好、粉末粒度分布较窄、不易堵炉、节能环保等优点。