[发明专利]一种三维打印用高强耐热轻合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种三维打印用高强耐热轻合金及其制备方法，所述合金各组分的质量百分比为：4~12wt.%Gd，0.5~5wt.%Er，0.2~3wt.%Sm，0.2~2wt.%Zn，0~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。所述制备方法为：进行成分设计后将原材料制成球形粉末，并把金属粉末充分混合，对混合后的原材料粉末进行烧结并固溶热处理，然后通过机械研磨合金化获得轻合金球形粉末。所得的材料经三维打印出的成品具有强度高、轻量化、耐热性好、耐磨损的优点。

技术领域

本发明属于3D打印材料的技术领域，具体涉及一种三维打印用高强耐热轻合金及其制备方法。

背景技术

3D打印技术，根据其制造工艺又叫增材制造，属于快速成型技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，最终直接打印出产品，形成“数字化制造”。3D打印技术源自于19世纪末期美国研究的照相雕塑和地貌成形技术，但受限于当时的技术条件，并未取得突破性的进展。上世纪80年代，随着计算机技术、新材料技术的蓬勃发展，3D打印技术取得了长足的进步，但其商业化、市场化进程缓慢。进入21世纪，3D打印技术得到了迅猛发展，其应用领域也由模具制造、工业设计等逐渐推广到航空航天、汽车和医疗等领域。

由于镁合金具有比强度和比刚度高、阻尼减振性好、电磁屏蔽和导热性能强、耐压性、散热佳、易于铸造和成型、易切削加工和易于回收等一系列独特的优点，在航空航天、汽车和计算机、通信、消费类电子等结构件产业中的应用潜力巨大。将镁合金和3D打印技术结合起来服务金属制造工业，可以推动制造业向低成本、短周期、高效率方向发展。3D打印金属粉末一般要求纯净度高、球形度好、粒径分布窄、含氧量低。用于3D打印的金属原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化，同时在打印过程中又能重新粘结起来，并具有满足需求的物理和化学性质。

不过，目前用于3D打印的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等，镁合金因为其化学性质活泼和易燃性，粉末制备困难，还处在试验阶段，未广泛应用到3D打印领域中。目前常用的三维打印镁合金的方法是先熔炼制备出镁合金，然后球磨出粉末，再进行三维打印。整个制备过程工序长，能耗高，易增加杂质，材料利用率低。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种三维打印用高强耐热轻合金及其制备方法。第一方面，本发明提供的一种Mg-Gd-Er-Sm-Zn-Zr镁合金材料，由如下重量百分含量的各元素组成：4~12wt.%Gd，0.5~5wt.%Er，0.2~3wt.%Sm，0.2~2wt.%Zn，0~1wt.%Zr，余量为Mg和不可避免的杂质。

第二方面，本发明提供一种三维打印用高强耐热轻合金的制备方法，Mg-Gd-Er-Sm-Zn-Zr镁合金不是用原材料（纯镁、纯锌、Mg-Gd中间合金、Mg-Er中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金）结合传统的熔炼工艺制备，而是依次按照以下步骤进行：

（1）利用机械研磨工艺将原材料纯镁、纯锌、Mg-Gd中间合金、Mg-Er中间合金、Mg-Sm中间合金、Mg-Zr中间合金制成球形粉末，粒径20~130μm，含氧量0.05~0.16。

（2）按照Mg-Gd-Er-Sm-Zn-Zr镁合金各元素的具体含量，称取各类原材料粉末，将金属粉末充分混合，混合时间10~70分钟。

（3）将混合后得到的金属粉末烧结成预制块并进行固溶热处理，固溶温度300~550℃，固溶时间6~24小时。

（4）利用机械研磨工艺将合金预制块制成球形粉末，粒径20~130μm，含氧量0.05~0.16。

第三方面，本发明提供一种三维打印零件，该零件是由第一方面中所述的Mg-Gd-Er-Sm-Zn-Zr镁合金或者通过第二方面制备获得的Mg-Gd-Er-Sm-Zn-Zr镁合金经三维打印制成。

本发明的优点及有益效果是：