[发明专利]一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法，铝合金粉末包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％‑8％、Mg含量为1％‑2.1％、Ti含量为0.2％‑0.5％、Fe含量为0％‑1％、Cu含量为0.5％‑1.2％、Zn含量为3％‑5.1％、Zr含量为0％‑0.5％，余量为Al。本发明通过优化粉末成分、减少增强相的成分，以减少3D打印高强铝合金裂纹；将铝合金粉末与钇稳定氧化锆粉末采用等离子球化技术混合，钇稳定氧化锆可以细化晶粒，起到了既进一步减少裂纹，又在一定程度上弥补粉末成分优化所带来的强度降低，同时等离子球化技术可以提高粉末的球形度，进一步增强粉末的打印性能。

技术领域

本发明涉及3D打印技术领域，具体为一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法。

背景技术

由于3D打印技术具有无需模具、结构设计自由、生产流程快、精度高、可制造复杂零件等特点，而在近些年获得了广泛关注。高强铝合金是指以Zn、Mg为主要合金元素的铝合金，该类合金的强度可达600MPa以上，是重要的航空材料。当前铝合金产品的轻量化依然是航空领域关注的重点，然而，铝合金3D打印的相关研究却不多，目前的研究多集中在Al-Si系铸造铝合金。主要的原因在于，铝合金3D打印产品极易产生裂纹，产品强度不高，这限制了铝合金3D打印技术的发展。作为3D打印的原材料，金属粉末的质量好坏直接决定了3D打印产品的质量，这种决定关系要求必须制备优质的合金粉末，才有望解决当前铝合金3D打印产品存在的系列问题。

合理的成分设计被认为有利于提高铝合金的3D打印成形性能，添加陶瓷相以改善金属的强硬度也是近年来的研究热点。然而，陶瓷材料韧性不足，因此加入稳定剂以改善陶瓷韧性的方法引起人们的注意。

金属-陶瓷复合的方式多为机械合金化法，该方法很容易破坏粉体的球形度，造成粉末流动性变差，导致后续3D打印难以进行。

因此，设计3D打印用铝合金粉末成分，并采用合适的工艺进行制备，显得尤为重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种3D打印高强铝合金粉末及其制备方法。以消除高强铝合金3D打印产品的裂纹，提高铝合金激光增材制造零件的强硬度，满足对3D打印高强铝合金的要求。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种3D打印高强铝合金粉末，包括Al、Si、Mg、Ti、Fe、Cu、Zn、Zr，质量百分比为：Si含量为0.4％-8％、Mg含量为1％-2.1％、Ti含量为0.2％-0.5％、Fe含量为0％-1％、Cu含量为0.5％-1.2％、Zn含量为3％-5.1％、Zr含量为0％-0.5％，余量为Al。

优选地，Si含量为2％-6％、Mg含量为1％-1.5％、Ti含量为0.3％-0.5％、Fe含量为0％-0.6％、Cu含量为0.5％-1％、Zn含量为3％-4％、Zr含量为0％-0.2％、余量为Al。

优选地，Si含量为5％、Mg含量为1.5％、Ti含量为0.5％、Fe含量为0.6％、Cu含量为1％、Zn含量为4％、Zr含量为0.2％、余量为Al。

一种3D打印高强铝合金粉末的制备方法，用于制备一种3D打印高强铝合金粉末，包括步骤如下：

步骤(一)按照一种3D打印高强铝合金粉末成分进行配料，并进行预处理；

步骤(二)将配好的母材放入熔炼炉中进行真空感应气雾化制备铝合金粉末；

步骤(三)雾化铝合金粉末完全冷却后，收集铝合金粉末并过筛，对过筛后的铝合金粉末进行分析以及性能测试，得到满足要求的铝合金粉末；

步骤(四)将铝合金粉末与钇稳定氧化锆粉末混合，并采用射频等离子球化对两种粉末进行进一步球化处理和混合；