[发明专利]一种超高强铝合金粉体材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种超高强铝合金粉体材料及其制备方法。属于增材制造领域。所述粉末材料中主要合金元素的质量分数为：Zn 5.1‑6.1％，Mg 2.1‑2.9％，Cu 1.2‑2.0％，Ni 0.5‑1.5％，Zr 0.1‑0.2％，余量为铝。本发明采用惰性气体雾化法制备粉末，熔炼温度为780℃‑820℃，熔炼室、雾化室抽真空，真空度要求≤10Pa，保温与熔炼坩埚加热；通过高速氮气将材料的高温熔炼液破碎成小液滴后经冷却和球化成金属粉末；制得粉末在环境温度20℃，湿度60％以下筛分。材料优点在于适合工厂批量化生产；能够满足航空航天对于超高强粉末的要求，解决变形铝合金打印过程中的热裂行为。

技术领域

本发明涉及金属3D打印用增材制造领域，特别涉及一种增材制造用超高强铝合金粉末材料及其制备方法。

背景技术

在3D打印作为增材制造领域最前沿的制造技术，是一种新兴的、迅速发展的快速成型方法，广泛用于航空航天、汽车以及生物医学等领域，具有无需加工或少量机械加工的突出特点，通过计算机图形数据能够直接生成复杂结构和形状的零件，显著缩短产品的研制周期，提高原料的利用效率与生产效率，降低生产成本。

3D打印材料须具备能够液化、粉末化、丝化、打印完成后又能重新结合等理化特性。目前，比较成熟的3D打印金属粉末主要有铁基合金粉末、钛合金粉末、镍基合金粉末、铝合金粉末等。其中，铝合金粉末作为一种轻金属材料，具有优良的物理、化学和力学性能，广泛用于制造航空航天、汽车轻量化以及生物医疗等领域的，作为一种在工业领域有着广泛应用的轻质材料，在SLM领域的需求日益旺盛。但是与其他已经成功应用于SLM的材料相比，高强铝合金具有较高的导热率以及对激光较高的反射率，且合金化程度高，结晶范围宽，使得其SLM成形存在有很强的热裂倾向，严重限制了其工程应用。金属零件3D打印技术作为先进制造技术的重要发展方向，市场潜力大，市场需求迫切。

新型7075粉末材料具有强度高，密度小，成形性好等优点，并符合中国标准(B/T1173、HB 962、HB 5012、GB/T 1480、GB/T 1482、GB/T 1479、HB 5441.1等)和美国标准(ASTMF3049、ASTM B212、ASTM B213等)的质量要求，主要用于制造航空及其他工业领域的机匣、框架、缸体等金属零件，其制备工艺包括3D打印/增材制造、粉末冶金(PM)、注射成型(MIM)、热等静压(HIP)、喷涂(SP)、焊接修复等。

CN103785860A公开了一种3D打印机用的金属粉末，该金属粉末先采用物理气相沉积法或化学气相沉积法制备成平均粒径为0.1-3微米的亚微米级金属粉末，再通过造粒团聚成平均粒径为10-50微米的3D打印机用金属粉末，该制得粉末具有熔点低和熔融速度快等优点，用于提高金属3D打印机的打印速度和打印构件的精度。金属粉末的平均粒径与3D打印机用的雾化金属粉相当，具有良好的分散性和输送性，用作3D打印用粉末。

CN103480854A公开了一种制备超细金属粉末的方法，包括熔炼、雾化、冷却、固液分离等步骤，其中，雾化介质选自水、氮气、氦气或氩气等，制得的金属粉末或合金粉末粒径小于10μm，且其占比在50％以上、球形度在90％以上、氧含量小于100ppm，该粉末具有耗气量小，冷却效率高，设备要求度不高等优点，符合金属注射成型、热喷涂、热喷焊、3D打印用金属粉末或合金粉末的质量要求。

CN102689015A公开了一种金属粉末制备装置及方法，该装置包括雾化炉、加热器、冷却器、雾化室、雾化器、气动分级器、中间仓、筛分漏斗、筛机、除尘器、平衡罐、列管换热器、真空获得设备、控制系统、输液管、导管、管道、气体管道、气动蝶阀和电磁阀等。制备方法步骤包括气氛准备、金属熔炼、输液、离心雾化、气动分级、机械筛分、气体净化与冷却等，金属熔化处理后浇到雾化器上进行离心雾化形成粉末，粉末被气动分级器分级，经分级后的粗粉经过机械筛分制得成品粉，细粉被气流送入除尘器中除尘净化，净化后的气体经高压离心风机驱动获得加速，通过列管换热器换热后重新参与雾化与分级，并用于连续生产-320目以下的球形粉体，氧含量≤80ppm。