CN111482594A - 一种3d打印用轻量化铝合金粉末及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为2‑5％、所述Ti含量为0.1‑0.8％、所述Cu含量为1‑3％、所述Ag含量为0.1‑0.7％、所述Zr含量为3‑8％、所述Mg含量为5‑10％、所述Ni含量为3‑6％，余量为Al。本发明通过采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，然后再根据所需制备的铝合金粉末的化学元素配比对得到的铝中间合金进行配料，可以制备出具有多种不同比例的金属元素的铝合金粉末，从而得到具有不同性能的产品，并实现了对铝合金粉末中化学元素以及相应的配比进行精确的调控，降低了产品的制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印专用材料技术领域，具体涉及一种3D打印用轻量化铝合金粉末及其制备方法。
背景技术
3D打印技术利用空间三维模型进行逐层制造，成形速度快、精度高，从而实现“自由制造”。尤其对于空间形状复杂、高性能、难加工、构型复杂的零部件，3D打印技术显得更为优越，实现传统加工方法难以制造的复杂结构零件的成形，并大幅减少加工工序，缩短加工周期。因此，3D打印技术在汽车、航天航空、医疗等诸多领域取得了广泛的应用，已日益融入社会生产生活中。
目前，3D打印技术中常用的原材料和耗材是金属粉末，现有的较常使用的金属粉末包括铝合金、钛合金、钢及镍合金等。其中，铝合金因密度低、比强度高，导热、耐蚀性优良等优点，已成为3D打印领域中广泛应用的一种轻合金粉末(如AlSi10Mg、AlSi12及Al-Zn等)。随着航空航天、汽车制造等领域对3D打印铝合金零部件的轻量化、强度、耐磨性等综合性能的要求不断提高，目前用于航空及汽车轻量化零部件制备的合金粉末成本非常昂贵，化学成分较为固定不容易进行调节，性能较为单一，已经无法满足其性能需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3D打印用轻量化铝合金粉末，解决了目前铝合金粉末产品性能单一，无法对化学成分配比进行调整，成本偏高的问题。此外，本发明还提供一种3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一方面，提供一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为2-5％、所述Ti含量为0.1-0.8％、所述Cu含量为1-3％、所述Ag含量为0.1-0.7％、所述Zr含量为3-8％、所述Mg含量为5-10％、所述Ni含量为3-6％，余量为Al。
进一步地，所述Li含量为3-5％、所述Ti含量为0.4-0.6％、所述Cu含量为2-3％、所述Ag含量为0.3-0.6％、所述Zr含量为4-6％、所述Mg含量为7-9％、所述Ni含量为3-5％，余量为Al。
进一步地，所述Li含量为4％、所述Ti含量为0.5％、所述Cu含量为2％、所述Ag含量为0.5％、所述Zr含量为5％、所述Mg含量为8％、所述Ni含量为4％，余量为Al。
本发明的第二方面，提供一种3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，用于制备上述3D打印用轻量化铝合金粉末，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体的压力，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
进一步地，所述步骤S4中惰性气体为氮气或氩气。
进一步地，所述步骤S3中，将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化过程中辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明通过采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，然后再根据最终所需铝合金粉末的化学元素配比对得到的铝中间合金进行配料，可以制备出具有多种不同比例的金属元素的铝合金粉末，从而得到具有不同性能的产品，并实现了对铝合金粉末中化学元素以及相应的配比进行精确的调控，降低了产品的制备成本；此外，采用本发明中的制备方法制备出的铝合金粉末颗粒粒径分布均匀，完全满足3D打印所需高性能铝合金粉末的需求。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为5％、所述Ti含量为0.1％、所述Cu含量为3％、所述Ag含量为0.1％、所述Zr含量为3％、所述Mg含量为10％、所述Ni含量为3％，余量为Al。
上述3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体氮气的压力，合金熔液受到低温气体的冲剂破碎成细小的颗粒，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，使得粘连在一起的颗粒完全分开，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
实施例2
一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为2％、所述Ti含量为0.8％、所述Cu含量为1％、所述Ag含量为0.7％、所述Zr含量为8％、所述Mg含量为5％、所述Ni含量为6％，余量为Al。
上述3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体氩气的压力，合金熔液受到低温气体的冲剂破碎成细小的颗粒，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，使得粘连在一起的颗粒完全分开，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
实施例3
一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为4％、所述Ti含量为0.4％、所述Cu含量为2％、所述Ag含量为0.6％、所述Zr含量为4％、所述Mg含量为9％、所述Ni含量为4％，余量为Al。
上述3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体氮气的压力，合金熔液受到低温气体的冲剂破碎成细小的颗粒，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，使得粘连在一起的颗粒完全分开，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
实施例4
一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为3％、所述Ti含量为0.6％、所述Cu含量为2.6％、所述Ag含量为0.3％、所述Zr含量为6％、所述Mg含量为7％、所述Ni含量为3.5％，余量为Al。
上述3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体氮气的压力，合金熔液受到低温气体的冲剂破碎成细小的颗粒，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，使得粘连在一起的颗粒完全分开，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
实施例5
一种3D打印用轻量化铝合金粉末，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为4％、所述Ti含量为0.5％、所述Cu含量为2％、所述Ag含量为0.5％、所述Zr含量为5％、所述Mg含量为8％、所述Ni含量为4％，余量为Al。
上述3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体氮气的压力，合金熔液受到低温气体的冲剂破碎成细小的颗粒，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，使得粘连在一起的颗粒完全分开，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
综上，本发明通过采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，然后再根据标铝合金粉末的化学元素配比对得到的铝中间合金进行配料，可以制备出具有多种不同比例的金属元素的铝合金粉末，从而得到具有不同性能的产品，并实现了对铝合金粉末中化学元素以及相应的配比进行精确的调控，降低了产品的制备成本；此外，采用本发明中的制备方法制备出的铝合金粉末颗粒粒径分布均匀，完全满足3D打印所需高性能铝合金粉末的需求。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (6)
1.一种3D打印用轻量化铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末包括Li、Ti、Cu、Ag、Zr、Mg、Ni，其中，以质量百分比计，所述Li含量为2-5％、所述Ti含量为0.1-0.8％、所述Cu含量为1-3％、所述Ag含量为0.1-0.7％、所述Zr含量为3-8％、所述Mg含量为5-10％、所述Ni含量为3-6％，余量为Al。
2.根据权利要求1所述的3D打印用轻量化铝合金粉末，其特征在于，所述Li含量为3-5％、所述Ti含量为0.4-0.6％、所述Cu含量为2-3％、所述Ag含量为0.3-0.6％、所述Zr含量为4-6％、所述Mg含量为7-9％、所述Ni含量为3-5％，余量为Al。
3.根据权利要求1所述的3D打印用轻量化铝合金粉末，其特征在于，所述Li含量为4％、所述Ti含量为0.5％、所述Cu含量为2％、所述Ag含量为0.5％、所述Zr含量为5％、所述Mg含量为8％、所述Ni含量为4％，余量为Al。
4.一种3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，用于制备如权利要求1至3中任一项所述的3D打印用轻量化铝合金粉末，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采用真空炉生产出具有不同元素比例的铝中间合金，包括铝镍、铝镁、铝锆、铝银、铝铜、铝钛、铝锂及其它的铝中间合金；
S2、根据目标铝合金粉末的化学元素配比对步骤S1中得到的铝中间合金进行配料；
S3、将步骤S2中按照特定比例配好的铝中间合金原料放入真空熔炼炉中，控制温度在650-1100℃，将铝中间合金熔炼成合金熔液；
S4、将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化，并调整雾化塔内惰性气体的压力，得到铝合金粉末；
S5、将步骤S4中得到的铝合金粉末加入气流机中进行气流对撞，并调节气体脉冲对合金粉末进行分级，即可得到颗粒粒径为20-60μm铝合金粉末。
5.根据权利要求4所述的3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中惰性气体为氮气或氩气。
6.根据权利要求4所述的3D打印用轻量化铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，将步骤S3中得到的合金熔液均匀加入至雾化塔内进行雾化过程中辅以电磁搅拌使得合金熔液充分互熔，并保持20分钟。
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