[发明专利]一种适用于3D打印的高强铝合金

说明书

本发明公开了一种适用于3D打印的高强铝合金，包括以下重量百分比组分：Si：10％～12％，Cu：0.45％～0.7％，Mg：0.3％～0.55％，余量为Al、其它元素和不可除杂质。该铝合金与现有用于3D打印的铝合金相比，在延伸率相当的前提下，成形态的抗拉强度、屈服强度都明显提高，且具有价格低的优势。

技术领域

本发明涉及铝合金技术领域，具体涉及一种适用于3D打印的高强铝合金。

背景技术

近些年，3D打印技术受到了国内外众多科研机构和企业重视。AlSi10Mg合金则是3D打印中应用广泛的一种铝合金，和普通铝合金类似，它具有比刚度高、比强度高等优异的性能特点。沉积态(未热处理)的AlSi10Mg，其抗拉强度为465～478MPa、屈服强度为228～273MPa、断后伸长率为5.5～7.5％。

通过复合强化(引入二硼化钛等增强相)、共格第二相强化(添加Sc、Zr形成共格第二相)等方式，可以将沉积态3D打印铝合金的力学性能提升到500MPa以上。但是，引入了球磨工序、粉末球形度较差等问题导致复合强化不宜用于大规模的工业化生产；由于Sc是稀土元素，其价格较高且相对稀有，添加Sc元素的方式也不宜广泛推广使用。因此，急需开发一种新的合金，该合金可以通过现有的常规工艺制备出相应的3D打印粉末，3D打印过程的工艺性较好，不含有稀土等较为昂贵的合金化元素，力学性能优于AlSi10Mg合金，可以替代AlSi10Mg合金用于更高性能需求的服役环境。

发明内容

本发明的在于提供一种适用于3D打印的高强铝合金，该铝合金与现有用于3D打印的铝合金相比，在延伸率相当的前提下，成形态的抗拉强度、屈服强度都明显提高，力学性能更优。

本发明通过下述技术方案实现：

一种适用于3D打印的高强铝合金，包括以下重量百分比组分：

Si：10％～12％，Cu：0.45％～0.7％，Mg：0.3％～0.55％，余量为Al、其它元素和不可除杂质。

本发明所述的铝合金与现有AlSi10Mg的铝合金相比：本发明适当提高了Si元素含量，增强了Si相的第二相强化效果，使得Si元素质量百分数更加接近共晶成分，可以保证更优的工艺性且打印出来的零件更不易开裂；在略微提高Mg元素含量的同时，引入了Cu元素作为合金化元素，这两种元素在固溶状态时均可以起到固溶强化的作用，Cu和Mg的固溶强化效果会优于AlSi10Mg中Mg元素的固溶强化效果，从而提高合金力学性能；并且，Cu元素和Mg元素还可以与合金中其它元素相结合起到沉淀强化的作用。

本发明所述的铝合金的设以Al元素为基体组元，以Si、Cu、Mg为合金化元素，将Si含量设计为接近共晶成分，使得合金凝固过程的收缩率很小，合金的开裂倾向极低；本发明中Si元素的第二相强化效果提高，Mg和Cu两种元素协同作用可起到很好的固溶强化作用。

本发明合金与AlSi10Mg合金相比，本发明通过合理设置Si、Cu、Mg的比例，使得本发明合金的屈服强度和抗拉强度显著提高且延伸率相当，Cu和Mg的固溶强化效果会优于AlSi10Mg中Mg元素的固溶强化效果，从而提高合金力学性能。

本发明合金中Si元素含量接近共晶成分，在3D打印过程具有很好的工艺特性，打印过程开裂倾向较低；且本发明合金中主要元素不含昂贵或稀有的元素；因此，该合金价格相对低廉，可以大规模推广应用。

进一步地，其它元素包括Fe、Mn、Ti、Cr、Zn、Ni、Pb和Sn。

进一步地，Fe、Mn、Ti、Cr、Zn、Ni、Pb和Sn在铝合金中的重量百分比分别小于等于：0.4％、0.2％、0.15％、0.1％、0.1％、0.05％、0.05％和0.05％。

本发明对Fe、Mn、Ni等其它元素的含量进行了约定，以保证合金的工艺及性能稳定性。