[发明专利]一种用于3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金丝材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于3D打印的Al‑Zn‑Mg‑Sc系铝合金丝材的制备方法，包括配料、真空熔炼、浇铸、均质化处理、铸锭表面后处理和拉丝步骤，本发明还公开一种利用该方法制备得到的铝合金丝材，利用所述铝合金丝材3D打印制件，所述制件的抗拉强度为470‑520MPa，屈服强度为370‑410MPa，延伸率为9%~12%。本发明制得满足高强度零件打印要求的金属3D打印铝合金丝材，化学成分均匀，晶粒尺寸基本分布在40‑60μm。

技术领域

本发明涉及3D打印金属材料领域，尤其涉及一种用于3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金丝材及其制备方法，适用于打印航空航天领域高强度要求的制件。

背景技术

3D打印是一种先进的数字化制造技术，它是一种以数字模型文件为基础，运用丝状、粉状金属，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。目前国内外铝合金打印材料主要以粉材为主，成分主要为AlSi₇Mg及AlSi₁₀Mg两种，存在打印制品强度不高(σ_b＜350MPa)，成品尺寸小等问题。

随着打印技术的发展，尤其是电子束熔化工艺(以下简称EBM)和电弧增材工艺(以下简称WAAM)的发展，基于金属丝材的3D打印技术得到了越来越广泛地应用。金属丝材通过真空熔炼铸锭、拉丝生产，有效避免了粉末打印材料在制备过程中氧化的风险。另外，与粉末打印工艺相比，丝材打印效率更高，打印零件尺寸更大，打印设备更便宜。金属丝材的3D打印，为3D打印高效率、大尺寸、低成本时代的开启，开辟了新的思路和方向。

由于金属丝材3D打印研究还在探索及验证的过程，目前市面上没有专用于EBM、WAAM工艺的金属材料；而且由于Al-Zn-Mg系铝合金丝材制备工艺的难点，以及打印过程中的特殊性，所以基于Al-Zn-Mg系铝合金丝材的3D打印材料制备技术及打印工艺的开发及验证，一直以来都很少有相关的报道披露。

一种金属3D打印用铝合金丝材的制备方法(公开号：CN110273076A)中，其制备方法为：合金配料→压制成型→真空感应炉熔炼→合金浇铸→锻造→旋锻→丝材拉拔→连续电解清洗→热处理校直。采用该发明所述方法制得的铝合金丝材表面质量显著提高，在送丝3D打印过程中送丝速率稳定和顺畅度好，但是强度不够，不适用于打印航空航天领域高强度要求的制件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种用于3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金丝材及其制备方法，制得的铝合金丝材适用于打印航空航天领域高强度要求的制件。

本发明采用的技术方案是：

一种用于3D打印的Al-Zn-Mg-Sc系铝合金丝材的制备方法，包括以下步骤：

(1)配料：称取金属原料进行配料，使金属原料中包括以下重量百分数含量的化学元素：Zn 6.5％～7.5％、Mg 2.5％～3％、Mn 0.3％～0.8％、Zr 0.05％～0.25％、Cu 0.3％～0.8％、Sc 0.1％～0.5％、Ti 0.03％～0.06，杂质≤0.3％，余量为Al；

(2)真空熔炼：将配料所得的金属原料进行真空熔炼，0Pa＜真空度＜5Pa，熔炼温度为720～800℃，得到融化的原料；

(3)浇铸：将融化的原料静置后，浇铸到水冷模具中，浇铸温度为720-740℃，得到铸锭；

(4)均质化处理：将铸锭放入退火炉进行均质化处理，升温至350～400℃后保温，出炉冷却，得到均质化处理后的铸锭；

(5)铸锭表面后处理：对均质化处理后的铸锭表面进行车削处理，使铸锭表面粗糙度＜Ra3.2，得到表面处理后的铸锭；