[发明专利]一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型

说明书

本发明提供了一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型。合金的制备方法包括以下步骤：S10：按照合金配比获取金属原料，混合熔炼得到金属熔体；S20：将金属熔体转入雾化桶，在保护气体的环境下，进行雾化制粉得到Al‑Mg‑Zr合金粉末；其中，Al‑Mg‑Zr合金粉末中，按照质量占比包括以下元素：Mg 6.5～10％、Zr 0.5～1.5％、Si 0.5～1.5％、Mn 0.3～1％，杂质不超过0.1％，余量为Al。本发明充分利用Mg、Zr、Mn和Si等元素对铝基体固溶强化、细晶强化和沉淀强化，使得本发明提供的合金粉末增材制造拉伸件的拉伸强度和延伸率显著优于Al‑Si系合金，拉伸强度可达450MPa以上，延伸率可达10%以上。

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，具体而言，涉及一种合金粉末及其制备方法和应用、一种零件模型。

背景技术

近年来，由于航空航天、轨道交通等高端装备对轻量化、高性能制品的重要需求，使得增材制造复杂轻量化铝合金构件的需求也越来越受到重视。增材制造是解决复杂结构件制造的重要方法，是制备中高强度铝合金的重要技术。

目前，适用于增材制造技术的铝合金种类有限，商业化铝合金主要是Al-Si系合金，如AlSi10Mg，但是其力学性能并不高（室温拉伸强度400 MPa）。部分通过稀土钪（Sc）改性的铝合金能获得高的强度和延伸率，但昂贵的Sc阻碍了其大规模应用。

因此，本领域亟需一种适用于增材制造的中高强度合金，具有优异力学性能，成本低廉，适于产业化应用。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于增材制造的Al-Mg-Zr合金粉末的制备方法，包括以下步骤：S10：按照合金配比获取金属原料，混合熔炼得到金属熔体；S20：将金属熔体转入雾化桶，在保护气体的环境下，进行雾化制粉得到Al-Mg-Zr合金粉末；其中，Al-Mg-Zr合金粉末中，按照质量占比包括以下元素：Mg 6.5～10％、Zr 0.5～1.5％、Si 0.5～1.5％、Mn 0.3～1％，杂质不超过0.1％，余量为Al。

作为优选，在Al-Mg-Zr合金粉末中，Mg的质量占比为7～9％；和/或Zr的质量占比为0.7～1.2％；和/或Si的质量占比为0.7～1.2％；和/或Mn的质量占比为0.5～0.8％。

在该技术方案中，Al-Mg-Zr合金粉末用于增材制造领域，其充分利用增材制造快速凝固、提高合金固溶极限等特点，获得高Mg含量的中高强Al-Mg-Zr合金粉末。具体的，在合金粉末制备过程中形成过饱和合金熔体，充分发挥Mg在铝基体中的固溶强化效应。Zr元素在铝基体中形成先析出相Al₃Zr纳米颗粒，Al₃Zr纳米颗粒与铝基体（fcc）的晶格错配度低，形核能垒低，故优先形核，作为异质形核点细化基体组织，起到细晶强化作用，同时抑制凝固裂纹；可以在增材制造成形件热处理时，析出Al₃Zr弥散纳米颗粒，起到沉淀强化效果。Mn元素在铝基体中起到进一步固溶强化作用，且在成形件热处理中析出AlMn相沉淀强化铝基体，提升合金力学性能。适量Si元素可提高铝合金的铸造性能，抑制增材制造过程中热裂纹形成，使制备得到的合金具有稳定的增材制造成形性能。因此，该技术方案充分利用Mg、Zr、Mn和Si等元素对铝基体固溶强化、细晶强化和沉淀强化，使得本发明合金粉末增材制造拉伸件的拉伸强度和延伸率显著优于Al-Si系合金，拉伸强度可达450MPa以上，延伸率可达10%以上。力学性能优异，较含Sc铝合金成本更低，适于产业化应用。

进一步的，在混合熔炼的工艺中，熔炼温度为800～820℃，出炉温度为760～780℃。