[发明专利]一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及3D打印用铝合金粉末材料技术领域，具体涉及一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用。本发明提供的3D打印用铝合金粉末材料，其合金元素包括：Cr：1.0～4.0wt％、Sc：0.3～1.1wt％、Zr：0.1～0.6wt％、Si：0.5～1.2wt％、Mn：0.1～0.7wt％、Mg：0～6.0wt％，微量元素：0.1wt％，余量为Al；所述微量元素为Ti、Fe、Ni、Ce、Sr、Er、La中的一种或几种。研究表明，通过控制上述条件获得的铝合金粉末，经3D打印技术成形的打印制件的致密度、强度、塑性高，抗腐蚀性、屈强比和疲劳性能较好，同时解决了打印过程中的烟尘和氧化问题，从而提高打印制件的抗氧化和抗疲劳性能。本发明所得3D打印制件在工程应用如承力件、轻量一体化零件、换散热器等应用中具极大潜在前景。

技术领域

本发明涉及3D打印用铝合金粉末材料技术领域，具体涉及一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用。

背景技术

目前，金属3D打印的工业应用增长迅速，金属粉末材料作为3D打印产业链的上游端，其需求种类和需求量均持续走高。现有可商用的3D打印用铝合金粉末主要是AlSi₇Mg和AlSi₁₀Mg合金，但这两类合金打印后强度均较低，不超过300MPa，且延伸率不超过10％。

目前，已有关于Al-Zn-Mg-Sc系铝合金3D打印材料的研究，以期在满足3D打印需求的同时，提高铝合金的强度及延伸率。

CN109487126A公开了一种适用3D打印的商业专用高强AlMgSc合金粉末，在激光选区熔化技术制备中提供了出色的性能，室温抗拉强度和延伸率均达到了520MPa和10％，超出同类别材料。但由于粉末在激光加热熔化过程中吸收和反射的倾向，使得激光选区成形工艺稳定性受到影响，且打印过程中出现烟尘，影响打印零件质量和性能。实际零件打印中，零件表面和内部仍存在局部裂纹和微裂纹，导致零件质量不稳定甚至打印失效，抗氧化和抗应力腐蚀能力较差。

CN111001800A公开了一种3D打印用高强度Al-Cr-Sc合金，通过Cr代替Mg，可获得理想的凝固微观结构，其所属配方具有致密、无裂纹，耐磨耐蚀、抗高温氧化及静力学优异的特点；但其性能还有待优化，且该技术并未体现其屈强比和疲劳性能状况。

发明内容

本发明第一方面提供一种3D打印用铝合金粉末材料，其合金元素包括：Cr：1.0～4.0wt％、Sc：0.3～1.1wt％、Zr：0.1～0.6wt％、Si：0.5～1.2wt％、Mn：0.1～0.7wt％、Mg：0～6.0wt％，微量元素：0.1wt％，余量为Al；

所述微量元素为Ti、Fe、Ni、Ce、Sr、Er、La中的一种或几种。

研究表明，通过控制上述条件获得的铝合金粉末，经3D打印技术成形的打印制件的致密度、强度、塑性高，抗腐蚀性、屈强比和疲劳性能较好，同时解决了打印过程中的烟尘和氧化问题，从而提高打印制件的抗氧化和抗疲劳性能。

下面对上述各元素及含量在材料中所起作用进行详细说明。

本发明控制Cr含量为1.0～4.0wt％。Cr元素在3D打印特有的快速凝固条件下更易形成超饱和固溶体，增强了铝合金基体中Cr元素的固溶含量，进而增加高强铝合金的强度、韧性、耐腐蚀性、抗氧化性，同时降低了实际工程应用中晶界处Cr的偏析，突破了传统AlCr合金采用传统工艺无法制备的瓶颈。其主要原因如下：