[发明专利]一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法

说明书

本发明属于粉末冶金和增材制造相关技术领域，其公开了一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法。所述方法包括采用镁合金粉末利用3D打印技术在成形腔内打印镁合金零件，在打印过程中所述成形腔内的气体为氮源气体与惰性保护气体的混合物。本发明通过改变采用增材制造技术制备镁合金零件过程中的环境气体氛围，使得镁合金中的Mg、Al元素与N元素在激光的高温作用下直接原位生成第二相颗粒，可显著提高镁合金的强度、硬度、韧性及耐磨性，避免了传统方法制备过程中增强相添加剂的团聚不易分散的问题，使其在镁合金基体中分散更加均匀，工艺简单，绿色环保。

技术领域

本发明属于粉末冶金和增材制造相关技术领域，更具体地，涉及一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法。

背景技术

镁合金是以镁为基体加入其他元素组成的合金，密度比纯镁稍高，具备较高的比强度、比刚度，其比弹性模量与高强铝合金、合金钢大致相同。此外，镁合金在弹性范围内承受载荷时，所吸收的能量比铝高50％左右，更适宜做承受猛烈冲击的零部件，其优异的阻尼性能使其在汽车、航空航天等领域具备较大的应用潜力，同时镁合金的可降解性、生物相容性优良，在骨植入材料方法应用前景广阔。

近年来，航空航天、汽车及电子产品领域对各自零部件的应用愈加苛刻，对镁合金的力学性能提出了更高的要求，采用颗粒增强镁合金材料能显著提高镁基合金的强度、弹性模量、硬度及耐磨性。同时颗粒增强镁合金材料因其成本低廉，强度、刚度高，在先进制造等现代工业化生产领域有广泛的应用前景。

目前，颗粒增强镁合金零件主要是将颗粒增强相作为额外添加剂与镁合金材料通过压力浸渗(例如中国专利CN112176262A)、热等静压(例如中国专利CN110153407A)、浇铸挤压(例如中国专利CN105369094B)以及熔炼浇铸等传统方法进行制备，然而上述传统方法面临着镁合金零件内部气孔、疏松等缺陷以及颗粒增强相不易分散极易团聚的问题，且难以成型含复杂结构，如内部流道、曲面和超细晶格的镁合金零件，极大地限制了颗粒增强镁合金零件的质量及应用潜力，因此，亟需设计一种新的镁合金零件制备技术以解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法，解决了现有的镁合金制备工艺中增强相添加剂团聚不易分散的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法，其特征在于，所述方法包括采用镁合金粉末利用3D打印技术在成形腔内打印镁合金零件，在打印过程中所述成形腔内的气体为氮源气体与惰性保护气体的混合物。

优选地，所述混合物中氮源气体为NH₃或N₂。

优选地，所述混合物中氮源气体的体积百分比为5％～30％。

优选地，所述镁合金粉末的粒径为10～60μm。

优选地，所述混合中氮源气体的体积百分比为20％～25％，所述镁合金粉末的粒径为30～40μm。

优选地，所述镁合金粉末由AZ系列、AM系列、AS系列、AE系列铸锭镁合金中的一种经气雾化制备而成。

优选地，利用3D打印技术在成形腔内的镁合金基板上打印镁合金零件，所述镁合金基板的材料与所述镁合金粉末的材料相同。

优选地，在打印镁合金零件的过程中对所述镁合金基板辅以振动。

优选地，所述3D打印技术的打印工艺为：激光功率为100W～300W；扫描速度为600mm/s～1200mm/s；铺粉层厚为20μm～60μm；扫描间距为80μm～120μm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种基于气固原位复合的镁合金3D打印方法具有如下有益效果：