[发明专利]一种高强度铝镁合金的3D打印工艺方法

说明书

本发明涉及高强度铝镁合金的3D打印工艺方法，属于3D打印技术领域。首先，高强度铝镁合金原料通过加热熔融使其混合均匀；然后对熔融状态的高强度铝镁合金采用气雾化技术制得高品质的铝镁合金粉末，干燥后得到用于3D打印的铝镁合金粉末；调整打印参数，在通入惰性气体的打印设备中按照零件的三维模型数据进行3D打印，得到以高强度铝镁合金为原料的3D打印产品。与现有技术相比，采用该工艺方法打印出的产品，其相对密度可达99％以上，维氏硬度可达110HV以上，抗拉强度可达430MPa以上，延伸率可达21％，经过合适的热处理，样品的维氏硬度可达150HV以上，抗拉强度可进一步提升到520MPa以上，延伸率保持在17％或以上。

技术领域

本发明属于3D打印技术领域，尤其是涉及一种高强度铝镁合金的3D打印工艺方法。

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)，选择性激光熔融技术(SLM)，立体光固化技术(SLA)，熔融沉积技术(FDM)等，其中选择性激光熔融技术(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。

铝合金在3D打印制造技术中被广泛关注的一种材料，它具有重量轻、熔点低和可塑性高等特点，铝的重量密度比钛轻1.7倍，使用铝合金可以大大减轻零件的总重量，因此铝合金在汽车轻量化和航空航天工业中具有广泛的应用前景。但是，通过选择性激光熔融方法制造铝合金仍然存在很多技术难题：与钛或钢的SLM相比，由于铝及铝合金的高导热率和反射率，需要更高的激光辐射功率。铝合金粉末容易氧化，粉末颗粒上的氧化膜会阻止其烧结，因此打印产品可能会有较高的孔隙率。也由于这些技术难题，目前SLM打印的铝合金的强度都不高，甚至达不到相同成分的铸造铝合金的强度，但是成本比后者高得多。所以尽管工业界对3D打印铝合金有着很高的兴趣，但是市场上应用的3D打印铝合金产品还很有限，大部分的铝合金零件还是通过铸造等传统工艺来生产的。

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可锻铝合金由于在SLM加工过程中往往会产生大量裂纹，从而导致产品性能较差，远不能与常规制造的铝合金相比。目前通过SLM制备的铝硅合金经过热处理后其延展性略有上升，但拉伸性能却会大幅下降，热处理对其性能的提升效果有限，反而会破坏其精细的显微组织，造成性能降低。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高强度铝镁合金的3D打印工艺方法。

本发明是通过控制粉末品质，调整打印参数，改进打印和热处理工艺来获得接近致密无裂纹的高强度铝镁合金产品的3D打印工艺方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种高强度铝镁合金的3D打印工艺方法，包括以下步骤：

高强度铝镁合金原料通过加热熔融使其混合均匀；

对熔融状态的高强度铝镁合金采用气雾化技术制得高品质的铝镁合金粉末，干燥后得到用于3D打印的铝镁合金粉末；