[发明专利]一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法

说明书

本发明涉及合金粉末领域，具体是一种3D打印高强Al‑Mg‑Mn‑Sc‑Zr合金粉末及其成形方法，该合金粉末按照重量百分比包括：Mg2‑6％、Mn0‑1％、Sc0.3‑0.8％、Zr0.3‑0.8％，余量为Al，其具体步骤如下：S1、制备Al‑Mg‑Mn‑Sc‑Zr合金粉末；S2、测试粉末的物理特性；S3、制备合金试样；本发明采用选区激光熔化技术制备了该种新型增材制造高强铝合金金属粉体，成形过程中铺粉层厚为0.01‑0.08mm,激光的扫描功率为270‑380W,扫描速率为800mm/s‑1600mm/s，扫描间距为0.08‑0.13mm,通过上述成形工艺制备的增材制造合金样品内部致密，无孔隙，成形缺陷少，综合力学性能高。

技术领域

本发明涉及合金粉末领域，具体是一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法。

背景技术

随着现代制造业对产品性能要求的不断提高，产品结构和功能的复杂化和一体化已经成为未来的发展趋势。而应用传统技术加工和制备复杂金属零件的局限性日益凸显，加工成本也大幅提高。选区激光熔化(selective laser melting，SLM)技术是激光增材制造技术的一种，可以生产出致密好、精度高的复杂金属零部件，并且零件成形后的处理工艺较为简单，可大幅缩短生产周期。Al-Mg系铝合金具有良好的加工硬化性，出色的耐腐蚀和焊接性能，因此广泛应用于汽车、船舶、建筑和航空航天等领域。Al-Mg合金中添加Sc以提高合金性能的工艺，具有很大的应用前景，已成为国际上的研究热点。Al-Mg-Sc系铝合金属于高强铝合金，主要用在飞机的机翼腹板、机身结构的梁、肋以及重要连接部位接头零头。但该铝合金的制备目前仍存在对激光吸收率低、导热率高、易氧化等问题且较难克服。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末及其成形方法。

一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末，按照重量百分比包括：Mg2-6％、Mn0-1％、Sc0.3-0.8％、Zr0.3-0.8％，余量为Al。

一种3D打印高强Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末的成形方法，其具体步骤如下：

S1、制备Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末：

a、采用气雾化方法制备Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末，使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪即ICP-AES对金属粉末的化学成分进行了测试；

b、实验所用的Al-Mg-Mn-Sc-Zr合金粉末化学成分中Mg：4.8％，Sc：0.7％，Mn：0.5％，Zr：0.3％，还有微量的Fe、Zn、Cu、Ti、V类元素，余量为Al；

c、实验使用激光粒度分析仪即Master sizer 3000E测量粉体粒径，粒径主要分布在20～75μm，球形度为0.858；

S2、测试粉末的物理特性：

a、采用智能粉体特性测试仪即BT1001测试粉末休止角、崩溃角、松装密度以及流动性指数类物理特性；

b、得到粉末休止角为34.01°，崩溃角为15.27°，差角为18.74°，平板角为31.55°，松装密度为1.28g/cm³，振实密度为1.69g/cm³；

c、通过霍尔流速计测得50g粉末自由下落的时间为72.44s，含氧量为744ppm，含氮量为25ppm；

S3、制备合金试样：

a、采用选区激光熔化技术制备合金试样，沉积粉末层的厚度为0.03mm，扫描间距固定为0.12mm，相位角67°，激光功率为310W，激光扫描速率1200mm/s；