[发明专利]一种3D打印铝合金的制备方法

说明书

本发明提供一种采用3D打印技术制备各向同性铝合金的方法，属于铝合金领域。通过在铝中添加适量的Si、Cu、Ni、Zr和B元素，采用气雾化制粉技术分别制备铝合金粉末与镍合金粉末按质量比为98.5％：1.5％进行混合得到混合粉末,能够在打印的过程中形成纳米尺度的ZrB₂相和AlB₂相，可显著消除凝固柱状晶组织，细化晶粒，使得合金各向同性，通过后续的时效处理再析出Si、Al₂Cu、Al₃Ni亚微米尺度的强化相，可显著提高铝合金的室温强度和高温强度，同时合金保持高的延伸率。

技术领域

本发明属于铝合金领域，涉及一种3D打印各向同性高强铝合金的制备方法。

背景技术

金属3D打印技术成形零件复杂度高,特别适合制造具有复杂结构的精密零件(例如含有内流道或复杂栅格结构的散热器件),在工业领域具有广泛的应用前景，被广泛用于制备铝合金、钛合金、高温合金和钢铁等金属材料。铝合金材料比强度高，耐蚀性能优异，在汽车工业和航空航天等领域已有广泛的应用。目前在航空航天领域，3D打印技术可以解决极端复杂的精密构件加工制造难题，在随形内流道、复杂薄壁、镂空减重、复杂内腔、多部件集成等复杂结构问题上有先天优势，是3D打印技术快速发展的重要领域。但在3D打印铝合金的应用中，由于传统铝合金的成形特点，大部分牌号不适用于3D打印。仅有适用于3D打印的几种铸铝牌号合金，包括AlSi10Mg、AlSi12等，由于其自身材料性能限制，无法适用于航空航天高端领域的大规模应用，难以满足高强、高温使用要求，因此大大限制了3D打印在航空航天减重上的应用需求。

发明内容

本发明针对目前3D打印铝合金存在的强度低，尤其是高温强度低、以及各向异性问题，设计了一种新的铝合金成分,通过在铝中添加适量的Si、Cu、Ni、Zr和B元素，能够在打印过程中以及后续时效过程中生成多个亚微米强化相，通过这些强化相的协同作用，能够大幅度提高合金的室温和高温强度，同时打印零件成形性好，无裂纹和变形缺陷。

一种3D打印铝合金的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：(1)采用气雾化制粉技术制备铝合金粉末，粉末的质量配比为Al～

(5.5-6.0％)Si～(1-1.2％)Cu～(1.1-1.2％)Zr；

(2)采用气雾化制粉技术制备质量配比为Ni～(30-35)％B的合金粉末；

(3)将步骤(1)制备的铝合金粉末与步骤(2)制备的Ni合金粉末分别进行筛分，然后按质量比98.5％：1.5％的比例进行混合。

(4)采用粉床式3D打印机进行零件的激光打印，气氛采用氩气气氛；

(5)打印后进行时效处理。

进一步地，步骤(3)所述铝合金粉末的粒度为15-53微米，所述Ni合金粉末的粒度为5-10微米。

进一步地，步骤(4)所述激光打印激光功率控制在200-230W范围内，扫描速度500-700mm/s，激光斑点直径80-100μm。

进一步地，步骤(5)所述时效处理温度为500-550℃，保温时间60-90分钟。

采用上述参数制备的铝合金材料，室温抗拉强度达到580-600MPa，屈服强度达到560-580MPa，延伸率大于12％，250℃的高温抗拉强度大于260MPa，屈服强度大于190MPa，延伸率大于10％，能够满足航空航天对铝合金零件的性能要求。