[发明专利]一种Al-Mg-Sc合金粉末的3D打印方法及应用该方法制得的铝合金

说明书

本发明公开了一种高强度Al‑Mg‑Sc合金粉末、其制备方法、其应用及其3D打印方法。本发明合金粉末的特定组合具有纳米析出强化、细晶强化、固溶强化等多重强化机制，具有高的强度和塑性。本发明中所涉及的稀土高强度Al‑Mg‑Sc合金粉末，经过3D打印，零件不产生裂纹，致密度高，拉伸强度和延伸率都远远高于传统3D打印用的Al‑12Si，AlSi10Mg合金，解决了传统铝合金3D打印强度低、延伸率差，且拉伸性能和延伸率不能同时提高的难题。本发明方法的高强度Al‑Mg‑Sc合金粉末打印出的零件的拉伸强度能够达到523MPa以上，延伸率可超过13％。

技术领域

本发明属于增材制造(俗称3D打印)专用材料技术领域，具体涉及一种Al-Mg-Sc合金粉末的3D打印方法及应用该方法制得的铝合金。

背景技术

铝合金由于具有优异高比强度、耐腐蚀性、可加工性，在轻量化结构件中得到广泛应用。近一百年来，铝合金构件主要通过塑性、铸造、焊接、机械连接等传统方法成形，但随着发动机极高推进比的不断刷新，飞机结构件的轻量化设计对成形方法提出了严重挑战。激光增材制造技术正在成为解决大型飞机复杂构件制造的有效途径，其中尤其是以基于粉末床的选区激光熔化(Selective LaserMelting，SLM，激光粉床打印)和送粉激光打印(Laser meltingdeposition,LMD，激光送粉打印)增材制造技术为代表。铝合金激光增材制造在航空、航天、汽车等轻量化、高性能复杂零件制造领域受到高度重视。

当前铝合金激光3D打印主要采用Al-12Si与AlSi10Mg，为传统铸造牌号合金，主要存在以下问题：

(1)国内外激光3D铝合金主要为Al-12Si和AlSi10Mg，强化效果主要靠晶粒细化，打印强度通常不超过400Mpa，力学强度偏低。

(2)且延伸率低于5％，尽管热处理可将延伸率提高至12％，但晶粒长大导致拉伸性能大幅下降(＜280MPa)。因此，兼具强韧性能是铝合金SLM打印长期存在的难题。

(3)目前有文献报道激光3D打印2xxx铝合金与7xxx铝合金，但产生大量裂纹，导致其性能不高，不能满足实际应用。

目前，开发3D打印专用铝合金成分体系，使打印件兼具高强度(拉伸强度≥490MPa)和高韧性(延伸率≥12％)已成为3D打印领域面临的重要任务。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷，提出了本发明。

因此，作为本发明其中一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种高强度Al-Mg-Sc合金粉末。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种高强度Al-Mg-Sc合金粉末，其包括Mg、Sc、Mn、Ti、Zr、Ce、B，其中，以质量百分比计，所述Mg含量为5～15％、所述Sc含量为0.1～0.9％、所述Zr含量为0.1～0.3％、所述Ce含量为0.05～0.2％、所述Mn含量为0.2～2％、所述Ti含量为0.1～1.5％、所述B含量为0.2～1％、余量为Al。

作为本发明所述的高强度Al-Mg-Sc合金粉末的一种优选方案，其中：所述高强度Al-Mg-Sc合金粉末为预合金粉；所述Mg含量为7.5～12.5％；所述Sc含量为0.3～0.8％；所述Mn含量0.5～1.6％；所述Ti含量0.3～1.2％；所述Zr含量0.12～0.25％；所述Ce含量0.08～0.17％。

作为本发明的另一个方面，本发明克服现有技术中存在的不足，提供一种高强度Al-Mg-Sc合金粉末的制备方法。