CN113512671B - 一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用 - Google Patents

一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

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。

Description

一种3D打印用高强韧AlCrSc合金粉末及其制备方法与应用
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：
首先，Cr在Al中的溶解度很低(≤0.7wt％)，传统制造中将Cr只作为一种微量合金元素(0.2wt％)用于选定的Al合金成分中，促进AlCr弥散体的演变，用于中间或固溶退火过程中的微观组织控制，如抑制复原、一次和二次再结晶和晶粒生长。但在3D打印中，用Cr代替AlSc合金中的Mg，降低了Mg在3D打印中过程动力学的刺激，降低了Mg因低沸点和复杂的激光能量传递机制导致的烧损蒸发，稳定了波动的熔池，减少了飞溅，可实现更强大的打印过程，提高了零件致密度。
虽然冶金学上，AlCrSc与AlMgSc类似，都会改变与Sc相关的晶粒细化，但实际Cr替换Mg后，双相细晶组织沿热流方向被长度超过200μm的大柱状晶粒取代，并沿着沉积层生长，层间边界处布满AlxCry粒子。大柱状晶取代细晶双相结构，足以证明该合金是一种同时具有强度和韧性优异材料。
其次，Al中添加Cr元素，对Sc并不关键，不会因Cr的存在降低Al3Sc的硬化作用；同时Cr跟Al、Sc一样，也可形成具有保护性的Cr2O3氧化物。
再次，Cr因具有粘性增加的倾向，在3D打印过程中，将会决定激光束熔池的动态。
此外，Cr和Fe、Mn元素形成金属间化合物，阻碍打印过程中的晶粒长大。通过高流动氩气雾化近球形AlCrSc粉末，可筛分出10-53μm、65-105μm两种粒径范围的3D打印粉末，前者适用于激光选区熔化技术，后者适用于激光送粉技术。在BLT S310型号SLM设备中的Ar气氛下打印成形，少“烟尘”、无飞溅。与AlMgSc合金粉在打印过程中出现强烈“烟尘”和典型黑色沉积物形成鲜明对比；经成分、金相分析，打印制件无元素烧损、均匀致密、无气孔、裂纹和微裂纹出现，显微结构由大柱状晶代替双向细晶结构，明显同时提高了打印制件的强度和韧性性能，进一步验证了AlCrSc合金粉的配方优势和3D打印过程中的稳定性。
本发明控制Sc含量在0.3～1.1wt％范围内，Zr含量在0.1～0.6wt％范围内。
所述元素Sc在3D打印铝合金中具备四大功能：
第一，具有极高的纳米Al3Sc粒子沉淀硬化能力。每0.1wt％Sc含量由纳米Al3Sc全相干粒子分解成饱和固溶体，可使强度提高到40-50MPa。
第二，采用高流动气雾化技术制备Sc含量超过平衡极限0.38wt％的AlCrSc合金粉末，通过3D打印技术更易获得强度超过550MPa的打印制件。
第三，L12-Al3Sc相对于Al晶格的失配非常低，在250-350℃范围内进行量化可控热处理后，可获得10nm以下完全凝聚的Al3Sc沉淀粒子，保证晶格质量。而且，L12-Al3Sc相对晶粒细化和抑制再结晶的能力与Zr相当，降低了3D打印过程中裂纹产生的敏感性。
第四，低含量的Sc的控制同时降低AlCrSc合金粉的成本。同时，所述元素Zr在0.1-0.6wt％和Sc/Zr比在0.5-11范围内，在3D打印过程中更易析出具有良好热稳定性和抑制晶粒长大的Al3(Sc，Zr)复合物，更好的抑制了3D打印过程中晶粒的长大，进而抑制裂纹生成。
本发明控制Si含量在0.5～1.2wt％范围内，Mg含量在0-6.0wt％范围内，实现提高材料强度和抑制开裂问题。
首先，Si的加入降低了合金凝固温度范围，确保液态填充晶间间隙和愈合初期裂纹的能力，同时起到固溶强化作用和析出Mg2Si弥散强化相，同步提高强度和塑性。
其次，Si可通过降低凝固温度范围提高粉末熔化后的熔体流动性，降低打印过程中的初始微裂纹，可使其微裂纹降低至0.4～0.9×10-4μm/μm2，提高打印制件致密度至99.5％以上，提升了打印制件的抗疲劳性。
最后，Mg也可起到固溶强化的作用，提升打印制件的强度。为兼顾提高强度与控制烧损问题，进一步优选Mg含量在0.5-3.5％范围内。
本发明控制Mn含量在0.1-0.7％范围内，可提高粉末材料的强度和降低裂纹敏感性。首先，为了形成超饱和固溶体来提高固溶强度，起到强化作用；其次，和Al元素形成金属间化合物来抑制裂纹生成。进一步优选Mn含量在0.15-0.3％。
本发明控制Ti、Fe和Ni的一种或多种微量元素在0-0.1wt％范围，在3D打印过程中，同时能起到提高强度和韧性的作用，而且Fe元素还能起到固溶强化的作用。
优选地，控制Ce、Sr、Er、La的一种或多种微量元素在0-0.1wt％范围，为解决铝合金对激光的高反射率和导热率，提高打印过程的工艺稳定性，进一步提高打印制件的延展性。
本发明还对上述3D打印用铝合金粉末材料中各元素含量作出进一步优化，通过各元素质量范围来控制元素的单独作用和元素之间的协同作用。
优选地，控制Si+Mg在1.0-4.7wt％范围，使其在打印过程中形成共晶及强化相，同时抑制裂纹产生。
优选地，控制Fe元素在0.05-0.1％范围，且Mn+Fe在0.2-0.4％范围，促使Mn和Fe元素形成金属间化合物，起到细化晶粒的作用。
优选地，控制Ti、Ni含量分别在0.05-0.1％，起到提高打印制件的抗氧化性能和耐高温性能，起到高温、耐腐蚀作用。
本发明第二方面提供了上述3D打印用铝合金粉末材料的制备方法，包括：将各元素原料按比例混合后，利用高流动雾化技术一步法制粉，再对所得粉末进行振动筛分或气流分级处理。
本发明采用高流动雾化技术一步法实现制粉，所获铝合金粉末元素烧损和孔隙率少、球形度更高，流动性更好，成分更均匀且引入杂质少的优点。
本发明还进一步限定了上述制备方法中各处理条件：
本发明所述高流动雾化技术包括真空感应熔炼和惰性气体雾化；所述真空感应熔炼的条件：真空度≤1.5*10-2Pa，优选为(0.4-0.6)×10-2Pa，熔炼温度为780-900℃；所述惰性气体雾化的压力为5-10MPa。所得粉末氧含量可控制在200ppm以下，且粉末中空心粉含量更低，可将空心粉率降低至0.3％以下使得打印制件致密度高达99.8％，进而提高打印制件的高强韧性和抗疲劳性能。
优选地，在所述真空感应熔炼的过程中，控制升温速率为10-20℃/min，且熔炼温度下保温25-40min并持续进行电磁搅拌。如此可使粉末成分更均匀、杂质含量更低。
优选地，所述惰性气体雾化选用雾化锥角为55-60°的收放型环缝喷嘴。
作为本发明的具体实施方式之一，所述真空感应熔炼的条件：真空度(0.4-0.6)×10-2Pa，熔炼温度780-900℃；熔炼升温速率10-15℃/min；雾化时氧含量200ppm，雾化气体为99.999％的高纯Ar气，雾化喷嘴选用雾化锥角为50°-60°收放型环缝喷嘴，雾化压力为5-8MPa。经测试，采用上述优选方案，可使铝合金粉末的氧含量降至200ppm以下，空心粉率降至0.3％以下，球形度在0.90-0.95之间，霍尔流动性达到80-120s/50g。
通过上述方法获得的铝合金粉末，其孔隙率控制在0.3％以下，球形度达0.9，元素烧损控制在5％以内，氧含量200ppm以下，所获铝合金粉末满足3D打印的工艺技术要求和批次稳定质量要求，适用于工业制品。
本发明第三方面提供一种3D打印方法，其是利用SLM粉末床对上述3D打印用铝合金粉末材料进行打印；
所述打印的工艺参数为：铝合金基板预热温度为100-200℃，激光功率为180-280W，激光扫描速度为500-900mm/s，激光扫描间距为0.06-0.08mm，层间厚度为0.04-0.07mm。
作为本发明的具体实施方式之一，所述3D打印方法包括如下步骤：
步骤一：材料准备：
具体为，高强铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Cr：1.0～4.0％、Sc：0.3～1.1％、Zr：0.1～0.6％、Si：0.5～1.2％、Mn：0.1～0.7％、Mg：0～6.0％，以及包含Ti、Fe、Ni、Ce、Sr、Er、La等微量元素中的一种或几种，且添加的这些微量元素对应含量均控制在0～0.1％范围内，余量为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
步骤二：打印前处理：
首先，粉末烘干过程，其主要工艺为：在100-160℃下保温0.5-5h，且烘干处理在Ar保护环境中进行。
其次，筛分处理。将烘干后的粉末通过筛网筛分处理，去除较大颗粒和杂质，获得粒度为15-53μm的球形粉末，并真空密封保存，待上机成形使用。
步骤三：3D打印过程
所述3D打印工艺参数为：铝合金基板预热温度100-200℃，激光扫描功率为180-280W，激光扫描速度500-900mm/s，层间厚度为0.04-0.07mm。通过BLTS310设备打印出的零件致密度达99.6％，零件外表面和内部分别经过荧光和X射线检测，均无气孔、裂纹和微裂纹存在。
本发明第四方面提供一种针对上述3D打印方法所得打印件的热处理工艺；所述热处理工艺的条件为：
第一阶段：250-280℃，升温速率3-6℃/min，保温1.5-2.5h；
第二阶段：350-450℃，升温速率5-10℃/min，保温2-5h，空冷。
本发明通过上述组织调控，优化热处理，获得高强度高韧性的成形件。
本发明的有益效果如下：
(1)经测试，所得铝合金粉末采用激光选区熔化技术打印及热处理后，硬度几乎翻倍，由沉积态的72-80HB，经热处理后达到145-159HB；其拉伸强度和屈服强度分别可提升至500MPa、420MPa以上，同时塑性可提升至20％以上。
(2)本发明所得打印制件的致密度达99.5％以上，致密均匀，无气孔、裂纹及微裂纹存在，晶粒细小，各向异性低，具有良好的抗疲劳性能，彻底解决了现有3D打印铝合金制件存在的强度低、抗疲劳、耐腐蚀、抗氧化性差的问题，在工程应用如承力件、换散热器等应用中具极大潜在前景。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例提供一种SLM打印专用铝合金粉末，含有以下质量百分含量的组分：Cr：1.5％、Sc：0.5％、Zr：0.3％、Si：0.8％、Mn：0.3％、Mg:0％，Ti：0.1％、Fe：0.1％、Ni：0.1％、Ce：0.01％、Sr：0.01％、Er：0.01％、La：0.01％，余量为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
其中：
Si+Mg总含量1.8％；
Sc/Zr的质量比为1.67；
Mn+Fe总含量0.4％。
本实施例还提供上述SLM打印专用铝合金粉末的制备方法，步骤如下：
将以上各组分按设定的质量比提取原料，原料以纯合金或中间合金的形式提取，将提取的原料直接按一定顺序放入真空熔炼坩埚中，采用高流动性能气雾化制粉，再对所得粉末进行振动筛分或气流分级处理。
真空感应熔炼的条件：真空度为0.5×10-2Pa，熔炼温度为800℃；真空感应熔炼过程中控制升温速率为15℃/min，且800℃熔炼温度下保温30min并持续进行电磁搅拌均匀，雾化罐内氧含量低于200ppm开始高纯Ar气雾化，将熔炼合金液经中间包和漏嘴进入雾化罐中进行雾化，雾化气体为99.999％高纯氩气，雾化喷嘴选用锥角55°收放型环缝喷嘴，雾化压力为5MPa。制备并筛分出15～53μm粒度范围的粉末。
本实施例还提供由上述SLM打印专用铝合金粉末制得的打印制件，其制备方法如下：
将以上筛分后的铝合金粉末置于真空干燥箱中，100℃下进行2小时干燥处理，干燥处理后进行SLM粉末床3D打印。
SLM打印工艺为激光功率：铝合金基板预热150℃，激光功率250W；扫描速度：900mm/s；扫描间距：0.08mm；扫描层厚：0.05mm。
经SLM粉末床3D打印且经热处理工艺为250℃，保温2h+370℃，保温2h后空冷，获得成形件。
实施例2
本实施例提供一种SLM打印专用铝合金粉末，含有以下质量百分含量的组分：Cr：3.0％、Sc：0.8％、Zr：0.6％、Si：1.0％、Mn：0.35％、Mg:3.0％，Ti：0.1％、Fe：0.05％、Ni：0.1％、Ce：0.01％、Sr：0.01％、Er：0.01％、La：0.01％，余量为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
其中：
Si+Mg总含量4.0％；
Sc/Zr的质量比为1.3；
Mn+Fe总含量0.4％。
本实施例还提供上述SLM打印专用铝合金粉末的制备方法，步骤如下：
将以上各组分按设定的质量比提取原料，原料以纯合金或中间合金的形式提取，将提取的原料直接按一定顺序放入真空熔炼坩埚中，采用高流动性能气雾化制粉，再对所得粉末进行振动筛分或气流分级处理。
真空感应熔炼的条件：真空度为0.4×10-2Pa，熔炼温度为800℃；真空感应熔炼过程中控制升温速率为10℃/min，且800℃熔炼温度下保温30min并持续进行电磁搅拌均匀，雾化罐内氧含量低于200ppm开始高纯Ar气雾化，将熔炼合金液经中间包和漏嘴进入雾化罐中进行雾化，雾化气体为99.999％高纯氩气，雾化喷嘴选用锥角50°收放型环缝喷嘴，雾化压力为5MPa。制备并筛分出15～53μm粒度范围的粉末。
本实施例还提供由上述SLM打印专用铝合金粉末制得的打印制件，其制备方法如下：
将以上筛分后的铝合金粉末置于真空干燥箱中，160℃下进行4小时干燥处理，干燥处理后进行SLM粉末床3D打印。
SLM打印工艺为激光功率：铝合金基板预热150℃，激光功率280W；扫描速度：800mm/s；扫描间距：0.07mm；扫描层厚：0.04mm。
经SLM粉末床3D打印且经热处理工艺为250℃，保温2h+400℃，保温3h后空冷，获得成形件。
实施例3
本实施例提供一种SLM打印专用铝合金粉末，含有以下质量百分含量的组分：Cr：4.0％、Sc：0.6％、Zr：0.6％、Si：1.0％、Mn：0.3％、Mg:3.5％，Ti：0.1％、Fe：0.01％、Ni：0.1％、Ce：0.01％、Er：0.01％、La：0.01％，余量为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
其中：
Si+Mg总含量4.5％；
Sc/Zr的质量比为1；
Mn+Fe总含量0.31％。
本实施例还提供上述SLM打印专用铝合金粉末的制备方法，步骤如下：
将以上各组分按设定的质量比提取原料，原料以纯合金或中间合金的形式提取，将提取的原料直接按一定顺序放入真空熔炼坩埚中，采用高流动性能气雾化制粉，再对所得粉末进行振动筛分或气流分级处理。
真空感应熔炼的条件：真空度为0.6×10-2Pa，熔炼温度为900℃；真空感应熔炼过程中控制升温速率为15℃/min，且900℃熔炼温度下保温20min并持续进行电磁搅拌均匀，雾化罐内氧含量低于200ppm开始高纯Ar气雾化，将熔炼合金液经中间包和漏嘴进入雾化罐中进行雾化，雾化气体为99.999％高纯氩气，雾化喷嘴选用锥角60°收放型环缝喷嘴，雾化压力为8MPa。制备并筛分出15～53μm粒度范围的粉末。
本实施例还提供由上述SLM打印专用铝合金粉末制得的打印制件，其制备方法如下：
将以上筛分后的铝合金粉末置于真空干燥箱中，150℃下进行2小时干燥处理，干燥处理后进行SLM粉末床3D打印。
SLM打印工艺为激光功率：铝合金基板预热200℃，激光功率260W；扫描速度：700mm/s；扫描间距：0.08mm；扫描层厚：0.07mm。
经SLM粉末床3D打印且经热处理工艺为280℃，保温2h+400℃，保温3h后空冷，获得成形件。
效果验证
表1各实施例的粉末物理性能
铝合金粉末 氧含量ppm 空心粉率％ 球形度 霍尔流动性
实施例1 188 0.30 0.90 104s/50g
实施例2 160 0.26 0.91 99s/50g
实施例3 178 0.28 0.90 103s/50g
表2各实施例的粉末经SLM打印的样件微观组织特征参数和力学性能
Figure BDA0003116017410000101
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种3D打印用铝合金粉末材料，其特征在于，包括：
Cr：1.0～4.0wt％、Sc：0.3～1.1wt％、Zr：0.1～0.6wt％、Si：0.5～1.2wt％、Mn：0.15-0.3wt％、Mg：0.5-3.5wt％；微量元素：<0.1wt％；余量为Al；
Sc/Zr比在0.5-11范围内；
控制Si+Mg含量在1.0-4.7wt％之间；
所述微量元素为Ti、Fe、Ni、Ce、Sr、Er、La中的一种或几种；
控制Fe含量在0.05-0.1wt％之间，且Mn+Fe含量在0.2-0.4w％之间；
Ti、Ni含量分别在0.05-0.1％wt％之间。
2.权利要求1所述3D打印用铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，将各元素原料按比例混合后，利用高流动雾化技术一步法制粉，再对所得粉末进行振动筛分或气流分级处理。
3.根据权利要求2所述的3D打印用铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述高流动雾化技术包括真空感应熔炼和惰性气体雾化；
所述真空感应熔炼的条件：真空度≤1.5*10-2Pa，熔炼温度为780-900℃；
所述惰性气体雾化的压力为5-10MPa。
4.根据权利要求3所述的3D打印用铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，在所述真空感应熔炼的过程中，控制升温速率为10-20℃/min，且熔炼温度下保温25-40min并持续进行电磁搅拌。
5.根据权利要求4所述的3D打印用铝合金粉末材料的制备方法，其特征在于，所述真空感应熔炼的条件：真空度(0.4-0.6)×10-2Pa，熔炼温度780-900℃；熔炼升温速率10-15℃/min；
所述惰性气体雾化的条件：氧含量200ppm，雾化气体为99.999％的高纯Ar气，雾化喷嘴选用雾化锥角为50°-60°收放型环缝喷嘴，雾化压力为5-8MPa。
6.一种3D打印方法，其特征在于，利用SLM粉末床对权利要求1所述3D打印用铝合金粉末材料进行打印；
所述打印的工艺参数为：铝合金基板预热温度为100-200℃，激光功率为180-280W，激光扫描速度为500-900mm/s，激光扫描间距为0.06-0.08mm，层间厚度为0.04-0.07mm。
7.一种用于权利要求6所述3D打印方法所得打印件的热处理工艺，其特征在于，所述热处理工艺的条件为：
第一阶段：250-280℃，升温速率3-6℃/min，保温1.5-2.5h；
第二阶段：350-450℃，升温速率5-10℃/min，保温2-5h，空冷。
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CN115772619B (zh) * 2022-11-29 2024-06-07 北京航空航天大学 一种含Sc、Zr过饱和元素的铝合金及其粉末冶金制备方法

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FR3077524B1 (fr) * 2018-02-08 2021-01-15 C Tec Constellium Tech Center Procede de fabrication d'une piece en alliage d'aluminium et de chrome
CN109797353B (zh) * 2018-12-03 2020-01-07 北京星驰恒动科技发展有限公司 铝合金构件的热处理工艺、铝合金构件及其3d打印方法
FR3092119B1 (fr) * 2019-01-24 2020-12-25 C Tec Constellium Tech Center Procédé de fabrication d'une pièce en alliage d'aluminium, l'alliage comportant au moins du zirconium et du magnésium
CN111001800B (zh) * 2019-11-20 2021-11-16 中南大学 一种3D打印高强度Al-Cr-Sc合金
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