[发明专利]一种激光增材制造用Al-10Mg-3Zn系合金材料粉末的制备方法

说明书

本发明一种激光增材制造用Al‑10Mg‑3Zn系合金材料粉末的制备方法，以纯Al、纯Mg、纯Zn、Al‑12Zr中间合金为原料，首先采用普通铸造法制备出Al‑Mg‑Zn‑Zr合金铸锭，然后通过高温气雾化方法制备Al‑Mg‑Zn‑Zr合金粉末。粉末中值粒径在3μm～180μm可控，球形率＞90％，收得率≥70％，合金粉末内部含有Al₃Zr初生相。本发明方法制备的Al‑Mg‑Zn‑Zr合金粉末具备良好的激光吸收率，初生Al₃Zr相可作为异质形核剂，适用于激光增材制造技术，增材制造的微观组织各向异性较弱，晶粒等轴细小。

技术领域

本发明涉及材料技术领域，特别是涉及一种激光增材制造用Al-10Mg-3Zn系合金材料粉末的制备方法。

背景技术

在铝合金激光增材制造领域，鉴于铝合金较低的激光吸收率，目前适于激光增材制造的铝合金粉末仅限于Al-Si体系，严重制约了铝基材料在激光增材制造领域的应用。而且增材制造的铝合金型材其微观组织呈现出典型的粗大柱状晶粒组织，热裂倾向严重，材料的塑性较差，各向异性明显。目前，制备预合金化粉末的方法主要为雾化法和旋转电极法。利用该类商业化粉末制备出来的零部件已具备较高尺寸精度，并在航空航天、医疗等领域获得了一些应用。例如美国Boeing公司自2000年以来开始将LCD大型钛合金零件应用于F-18和F-22战斗机，并于2015年申请了飞机零件增材制造体系的美国专利。欧洲AirBus公司自2006年以来开始尝试飞机起落架LCD技术，并已将拓扑优化设计与SLM技术结合，实现了钛合金发动机短舱铰链的优化制造。但是制备的零件易产生较高的残余应力及微米级别的裂纹及孔洞等缺陷，从而降低材料的疲劳强度、塑性和韧性，导致零件生产成品率低、可靠性不足且成本高居不下。因此传统的商业化合金粉末不能完全满足高性能零部件的制造。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光增材制造用Al-10Mg-3Zn系合金材料粉末的制备方法，制备出了能同时具备高激光吸收率，颗粒球形率高的铝基复合材料粉末，且工艺操作简单易行，低成本高效率，适合进行批量生产。

本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种激光增材制造用Al-10Mg-3Zn系合金材料粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)将工业纯铝加热熔融，随后加入工业纯镁、纯锌，用高温覆盖剂覆盖后升温；

(2)待合金熔体完全熔融后，随后加入Al-12Zr中间合金；

(3)待Al-12Zr中间合金完全熔融后，控制炉体降温；

(4)将Al-Mg-Zn-Zr合金铸锭在一定温度下下保温一定时间；

(5)将Al-Mg-Zn-Zr合金铸锭进行真空气雾化，制备合金材料粉末，将制备的合金粉末进行收集真空包装。

进一步的，所述步骤(1)中采用的覆盖剂是JZF-03型高温覆盖剂，升温至650～750℃。

进一步的，所述步骤(2)中加入的Al-12Zr合金过量，Zr元素的含量大于1wt.％。

进一步的，所述步骤(3)中的降温速率为10k/min。

进一步的，所述将合金铸锭在400-450℃下保温5-24h。

进一步的，所述步骤(5)采用的雾化气体为N₂。

进一步的，所述步骤(5)所采用的真空气雾化工艺的喷嘴直径为3mm，喷嘴形状为Lava管，雾化气压为3MPa。

进一步的，所述粉末中值粒径在1μm～300μm可控，球形率＞94％，收得率≥80％，合金粉末内部生成大量的Al₃Zr初生相。

进一步的，所述粉末的激光吸收率30％。