[发明专利]一种用于3D打印的铝锌合金粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及用于3D打印的铝锌合金粉末的制备方法，属于金属粉末3D打印技术领域。将铝锌合金原料在加热熔融后，使其充分混合均匀；通过气雾化技术制得的铝锌合金粉末；气雾化后对铝锌合金粉末进行筛分得到所需粒径范围内的用于3D打印的铝锌合金粉末；铝锌合金原料的配比满足最终用于3D打印的铝锌合金粉末中：Zn含量为0.50％wt‑11.00％wt，Si含量为0.10％wt‑10.00％wt，Mg含量为0.05％wt‑4.00％wt，Cu含量为0.01％wt‑2.80％wt，Zr含量为0.01％wt‑2.50％wt，其余为Al。采用该铝锌合金粉末SLM制得的样品强度与SLM铝硅合金相当，但延伸率明显高于常用SLM的铝硅合金，能够满足大部分情况下对铝合金的使用需求，而且减少了可锻铝合金复杂的后处理过程，节约了能源和成本。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种用于3D打印的铝锌合金粉末及其制备方法。

背景技术

3D打印是一种利用三维模型数据，通过层层累积的方式获得具有复杂形状产品的制备技术。与传统塑料、陶瓷、金属和合金以及复合材料的制备方法相比，3D打印技术具有能制备高精度及复杂形状产品、节约原材料、节约成本等一系列优势，具有良好的应用前景。目前常用的3D打印方法包括直接三维打印成型技术(3DP)，选择性激光熔化技术(SLM)，立体光固化技术(SLA)，熔融沉积技术(FDM)等，其中选择性激光熔化技术(SLM)被广泛应用于金属粉末的3D打印。目前可用于SLM的金属及合金主要有不锈钢、钛合金、铝合金等，主要应用于航空航天及汽车工业。

铝基合金是金属3D打印中重要的组成部分，铝基合金具有重量轻、熔点低、安全性高和可塑性好等特点，在零件减重方面具有广阔的应用前景，也因此在轻量化汽车和航空航天工业中占据着越来越重要的地位。虽然工业界对通过3D打印技术制备铝合金产品有着很高的兴趣，也已经有很多SLM制备的铝合金零件在一些领域得到了应用，但是，SLM制备的铝合金产品的大规模应用仍然受到原料合金粉末的制备及其性能、配套打印机的生产、打印模型的开发、打印工艺以及各方面的成本等的限制。目前，能制备出性能更好的铝合金产品的SLM打印机大都是国外进口的，同样用于打印的合金粉末原料也大都需要进口，粉末售价也比较昂贵，这就大大增加了打印铝合金产品的成本，限制了它的技术开发及大规模应用。

国内也在积极开发合金粉末原料制备技术，但是，铝合金容易氧化，对粉末来讲，其比表面积增大就更容易氧化，而氧化的粉末对打印产品的性能有着极大的影响。而且，用于打印的粉末原料对粉末粒径大小及均匀性、流动性及粉末纯度都有着较高的要求。所以国内目前采用的粉末原料制备技术要么制得的产品性能不好，要么制备技术复杂，成本较高，不能大规模生产。

目前大量用于铝合金3D打印的是有着较好铸造性能的铝硅合金，如AlSi10Mg，AlSi12等。通过SLM技术制备的铝硅合金其抗拉强度最高约为450MPa，延伸率在4％左右，拉伸强度适中且延伸率低。强度更高延展性更好的2xxx、7xxx等系列的铝合金由于在SLM加工过程中往往会产生大量裂纹，导致开裂，使得产品性能较差，远不能与常规制造的铝合金相比，所以，难以通过SLM技术来制备。除此以外，目前铝合金的SLM产品还存在诸如机械性能对工艺参数的变化较敏感，热处理并不一定能提升产品性能等问题。针对目前SLM铝合金的研究现状，设计和优化专用于SLM的铝合金可能是通过SLM制备高性能铝合金的一种有效途径。

研究发现，通过在合金中添加Sc等稀土元素，可以有效解决2xxx、7xxx等系列可锻铝合金由于SLM过程中的高冷却速率而造成的开裂问题，从而制备出表面光滑无裂纹的产品。同时，Sc还可形成纳米Al₃Sc沉淀物，进一步提高SLM铝合金的强度。但是，稀土元素含量较少，价格昂贵，不利于大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于3D打印的铝锌合金粉末及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：