CN117245084B - 一种3d打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用 - Google Patents

一种3d打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种3D打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用，属于铝合金粉末技术领域。所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.8%；W(Er)：0.61~1.5%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.4~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤2.1%，余量为Al。所述铝合金粉末的制备方法包括：原料熔炼、雾化制粉、粉末筛分、保温干燥。所述铝合金粉末具有良好的打印成形性，可打印工艺区间宽，打印试件致密度高，经热处理后，具有优良的室温和高温力学性能。

Description

一种3D打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种3D打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用，属于铝合金粉末技术领域。
背景技术
当前激光增材制造铝合金主要以传统铸造牌号合金为主，存在以下问题：
（1）以AlSi10Mg和AlSi12为代表的Al-Si基近共晶合金，由于熔点低、凝固温度区间窄，是目前最适用于进行3D打印的铝合金，虽然其打印沉积态力学强度优于传统铸造Al-Si合金，但其抗拉强度在450MPa左右，延伸率仅6%，且热处理后强度大幅降低，不能满足高性能零件的使用需求；（2）传统2xxx系（Al-Cu基）和7xxx系（Al-Zn基）中高强铝合金由于具有较宽的凝固温度区间，在增材制造过程中容易发生热裂，这是制约其进一步发展的关键瓶颈，目前正在集中研究如何提高这两种合金的抗热裂性能，提高其打印成形性；（3）传统Al-Mg基5xxx系列中强度铝合金，通常不适合进行3D打印和热处理强化，但是经过Sc或Zr等元素合金化后，其打印成形性提高，并能在热处理过程中析出Al3(Sc,Zr)纳米沉淀相，具有显著的第二相强化效果，大幅提高合金的力学性能，因此，增材制造Sc-Zr复合强化Al-Mg合金受到了广泛关注，是目前的研究热点，最具有代表性的是Scalmalloy合金（Al-Mg-Sc-Zr）。
然而，对于Scalmalloy和具有相似成分的Al-Mg合金，避免热裂倾向和改善力学性能在很大程度上取决于稀土元素Sc的大量添加（＞0 .66wt％），但Sc价格昂贵、成本高，不利于其大规模推广应用。此外，虽然经过Sc-Zr复合强化后，合金室温力学强度大幅提高，但存在高温力学性能和热稳定性较差的问题，也限制了它们的应用拓展。目前熟知的铝合金在高温下都会出现明显的性能下降问题，常见的增材制造Al-Si系、Scalmalloy合金、2000系以及7000系铝合金在200℃下抗拉强度最高仅为147MPa，使用温度一般低于200℃，不能满足航空航天及汽车工业领域对铝合金零件耐热性能的新需求。对于Al-Mg系合金，中国专利申请CN115874088A中公开了一种高强耐热耐损伤铝合金Al-Mg-Ca-Sc-Mn-Zr，通过Ca、Sc高比例添加，其250℃下抗拉强度172MPa左右，但室温拉伸强度较低，在500MPa以下，而且Sc含量较高成本增加；中国专利申请CN115194140A中公开了一种Al-Mg系铝基复合粉末，将Al-Mg-Sc-Zr粉末与Co-Cr-Ni中熵合金粉末以及氧化饵粉末混合均匀并打印，该复合粉末打印试件具有优异的高温强度，但延伸率较差仅5%，且室温力学强度也较低，500MPa以下，同时Sc含量也较高使成本增加。另外，现有技术方案通过稀土元素、Zr、Ti以及Si等元素的复合添加解决了传统Al-Mg系合金3D打印容易开裂的技术难题，但可能存在打印工艺窗口窄的问题。
因此，基于Al-Mg合金，如何实现低成本、高质量打印生产，同时兼顾室温性能和高温性能，已成为新时代开发高性能增材制造铝合金亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供本发明提供了一种3D打印用高强耐温铝合金粉末及其制备方法和应用，所述铝合金粉末具有良好的打印成形性，可打印工艺区间宽，打印试件致密度高，经热处理后，具有优良的室温和高温力学性能。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种3D打印用高强耐温铝合金粉末，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.8%；W(Er)：0.61~1.5%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.4~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤2.1%，余量为Al。
进一步的，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.7%；W(Er)：0.61~1.2%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.5~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤1.8%，余量为Al。
本发明还公开了一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，所述的制备方法为：
S1、原料熔炼：按配方将纯金属或中间合金原料在真空条件下加热熔炼，得到预合金金属；
S2、雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，得到预合金金属粉；
S3、粉末筛分：将步骤S2所制备的预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理；
S4、保温干燥：将步骤S3筛分后的粉末进行干燥，得到所述的铝合金粉末。
进一步的，步骤S1中，所述熔炼的温度为700～850℃，所述熔炼的时间为10～40min。
进一步的，步骤S2中，所述雾化制粉的雾化气压为0.8～4.0Mpa。
进一步的，步骤S3中，惰性气体保护气氛的压力为0.05～0.95MPa，筛分后的粉末粒径范围为15～53μm。
进一步的，步骤S4中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4～12h。
本发明还公开了一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，所述铝合金粉末用于制备3D打印合金试件产品。
进一步的，所述3D打印的工艺参数为：激光功率为250～400W；激光扫描速度为900～1500mm/s；扫描间距为0.09～0.11mm；层间厚度为0.02～0.04mm。
进一步的，所述铝合金粉末经3D打印后，再进行热处理得到最终的合金试件产品；
所述热处理温度312～405℃，保温时间为2～8h，随炉冷却后得到最终的合金试件产品。
进一步的，所述热处理温度为（T±5）℃，所述T=432-25000W(Sc)-1000W(Er)。
本发明3D打印用高强耐温铝合金中各元素作用为：
1）Mg元素：作为主要的合金元素，在快速凝固过程中能超饱和固溶在铝基体中，起固溶强化作用；
2）Mn元素：主要起固溶强化作用，另外还可以形成Al6Mn强化相，起第二相强化作用；
3）Sc元素：在打印凝固过程中形成Al3Sc初生相，可作为异质形核质点，促进等轴晶的形成，抑制热裂纹产生；并在热处理过程中析出Al3Sc纳米沉淀相，具有沉淀强化作用；
4）Zr元素：具有与Sc元素类似的作用。还可与Sc或Er复合析出形成Al3(Sc,Zr)或Al3(Er,Zr)相，提高其热稳定性；
5）Er元素：打印凝固过程中在晶界处形成Al3Er共晶相，细化晶粒组织，起晶界强化作用，并在高温下钉扎晶界，抑制晶粒长大；在热处理时析出Al3Er纳米沉淀相，具有沉淀强化作用；
6）Si元素：减小凝固温度区间，提高愈合初期裂纹的能力。同时形成Mg2Si强化相，起第二相强化作用；
7）Fe元素：提高熔体流动性，补缩晶粒间热裂纹，提高打印成形性。
本发明的有益效果是：
（1）本发明所述铝合金兼有较高的室温力学强度和高温力学强度。
铝合金中通过Er、Zr和Sc的复合添加，在打印及后续热处理过程中可生成Al3M相（M为Er，Zr和Sc中的一种或几种元素），具有显著的细晶强化和第二相强化效果。与现有技术不同的是，本发明进一步提高了Er和Zr元素的含量，使室温力学强度得到进一步提高。同时为了提高合金的高温性能，本技术在提高Er和Zr含量基础上，建立了Zr含量与Er、Sc含量的比例关系，对Zr的最低添加含量进行了限制；另一方面，优化热处理制度，建立热处理温度与Sc、Er含量的关系，针对不同稀土元素含量的合金，采用不同热处理温度。
其中，Er元素在晶界处形成Al3(Er,M)相，细化晶粒，并在热处理及高温下钉扎晶界，阻碍晶界迁移，抑制晶粒长大，提高合金组织稳定性。提高Er元素含量有利于合金室温及高温力学强度的同时提高。
Zr可与Er、Sc元素复合形成Al3M复合相，与单一的Al3Sc或Al3Er相比，具有更低的粗化倾向，可提高合金高温强度和热稳定性。通过合适的热处理，使Zr、Er或Sc等在Al3M相中充分扩散，形成内层富集Er或Sc元素，外层富集Zr元素的、完整稳定的核壳结构，可以有效地抑制Al3M沉淀相的粗化，最大程度地提高该相的强化效果和热稳定性。因此只有当Zr元素添加量足够且热处理制度合理时，才能使纳米Al3M沉淀相快速、弥散的析出，并充分形成完整的核壳结构。本发明对最低添加Zr含量和热处理温度进行了控制，使Al3M相组织稳定且强化效果显著，合金在室温及高温下均有较高的力学强度，并具有良好的热稳定性。本发明铝合金室温抗拉强度≥510 MPa，延伸率≥10%，250℃下抗拉强度≥180 MPa，延伸率≥30%。
（2）本发明创新性添加Fe元素，通过Fe、Si协同作用，合金打印工艺区间宽，致密度高，打印成形性能优异。现有技术主要通过添加稀土元素、Zr、Ti以及Si元素等抑制Al-Mg合金打印过程中热裂纹产生。而Fe元素一般作为常见杂质元素，被控制在较低含量范围内，且常规技术添加少量的Fe，其目的主要是为了使Fe吸收合金中其他杂质元素，抑制晶界脆性相的形成，或者进行固溶强化，提高材料的耐应力腐蚀性能和力学性能等。但是本发明添加了适量Fe元素，Fe与Al在660℃可发生共晶反应，在提高熔体流动性和补缩能力方面具有显著效果，通过Fe和Si的复合添加和协同作用，进一步提高合金抗热裂能力。相比单独添加Si元素，合金的打印工艺区间更宽，打印试件致密度也更高。但是Fe含量需控制在合理范围之内，其含量过高时容易与Al、Si、Er、Mn等元素形成较粗大的金属间化合物，减弱了Er及其他元素在合金中的作用，对合金力学性能不利。因此，本发明对Fe和Si含量进行了控制，使合金具有优异的打印成形性，可在较宽的工艺区间内（能量密度50～150J/mm3）实现合金致密度99.5%以上、无裂纹打印。
另外，本发明合金中Sc元素含量较低，大大降低了生产成本。
综上所述，本发明技术方案从实现Al-Mg基合金优良的室温、高温力学性能，以及低成本、高质量打印生产出发，采用Er和Zr替代部分Sc，Er-Zr-Sc元素复合强化的路线，针对不同Er、Sc含量，协同优化Zr元素添加量以及热处理温度，最终得到具有大量晶界钉扎相、纳米沉淀相充分弥散析出且形成完整核壳结构、晶粒组织细小的合金，使室温力学强度和高温力学强度同时得到提高；同时采用Si-Fe复合微合金化，进一步增强合金抗热裂能力，提高了打印成形性，拓展了打印工艺区间，使打印质量和打印生产稳定性大大提高。
附图说明
图1为本发明实施例1-3和对比例1-4中3D打印铝合金的室温力学性能图；
图2为本发明实施例1-3和对比例1、2、4中3D打印铝合金的高温（250℃）力学性能图；
图3为本发明实施例3中3D打印铝合金的金相图；
图4为本发明对比例3中3D打印铝合金的金相图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
一种3D打印用高强耐温铝合金粉末，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.8%；W(Er)：0.61~1.5%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.4~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤2.1%，余量为Al。
具体的，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.7%；W(Er)：0.61~1.2%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.5~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤1.8%，余量为Al。
一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，所述的制备方法为：
S1、原料熔炼：按配方将纯金属或中间合金原料在真空条件下加热熔炼，得到预合金金属；
S2、雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，得到预合金金属粉；
S3、粉末筛分：将步骤S2所制备的预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理；
S4、保温干燥：将步骤S3筛分后的粉末进行干燥，得到所述的铝合金粉末。
具体的，步骤S1中，所述熔炼的温度为700～850℃，所述熔炼的时间为10～40min。
具体的，步骤S2中，所述雾化制粉的雾化气压为0.8～4.0Mpa。
具体的，步骤S3中，惰性气体保护气氛的压力为0.05～0.95MPa，筛分后的粉末粒径范围为15～53μm；
步骤S4中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4～12h。
一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，所述铝合金粉末用于制备3D打印合金试件产品。
具体的，所述3D打印的工艺参数为：激光功率为250～400W；激光扫描速度为900～1500mm/s；扫描间距为0.09～0.11mm；层间厚度为0.02～0.04mm。
具体的，所述铝合金粉末经3D打印后，再进行热处理得到最终的合金试件产品；
所述热处理温度为312～405℃，保温时间为2～8h，随炉冷却后得到最终的合金试件产品。
更具体的，所述热处理温度为（T±5）℃，所述T=432-25000W(Sc)-1000W(Er)。
实施例1
3D打印用高强耐温铝合金粉末的化学成分为（质量分数，下同）：W(Mg)：7.0%、W(Mn)：0.5%、W(Er)：1.2%、W(Sc)：0.2%、W(Zr)：1.4%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.4%，余量为Al。
所述铝合金粉末的制备方法为：
（1）原料熔炼：按配方将纯Al、Al-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Fe、Al-Er、Al-Zr、Al-Sc合金原料在真空条件下加热熔炼，熔炼温度为710℃，熔炼时间为40min；
（2）雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为4.0MPa；
（3）粉末筛分：将所制备预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理，气氛的压力为0.1MPa，粉末粒径范围为15～53μm；
（4）保温干燥：将步骤（3）筛分后的粉末进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为5h，得到铝合金粉末。
将铝合金粉末进行3D打印，激光功率为250W；激光扫描速度为1500 mm/s；扫描间距为0.11mm；层间厚度为0.02mm。
将3D打印的合金试件进行热处理，热处理温度为375℃，保温时间为4h，随炉冷却，得到最终的合金试件产品。
合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1。
实施例2
3D打印用高强耐温铝合金粉末的化学成分为：W(Mg)：5.0%、W(Mn)：0.6%、W(Er)：0.9%、W(Sc)：0.4%、W(Zr)：1.8%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.3%，余量为Al。
所述铝合金粉末的制备方法为：
（1）原料熔炼：按配方将纯Al、Al-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Fe、Al-Er、Al-Zr、Al-Sc合金原料在真空条件下加热熔炼，熔炼温度为850℃，熔炼时间为15min；
（2）雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为0.9MPa；
（3）粉末筛分：将所制备预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理，气氛的压力为0.9MPa，粉末粒径范围为15～53μm；
（4）保温干燥：将步骤（3）筛分后的粉末进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为11h，得到铝合金粉末。
将铝合金粉末进行3D打印，激光功率为400W；激光扫描速度为900mm/s；扫描间距为0.1mm；层间厚度为0.04mm。
将3D打印试件进行热处理，热处理温度为325℃，保温时间为5h，随炉冷却，得到最终的合金试件产品。
合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1。
实施例3
3D打印用高强耐温铝合金粉末的化学成分为：W(Mg)：4.0%、W(Mn)：0.7%、W(Er)：0.61%、W(Sc)：0.1%、W(Zr)：0.69%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.2%，余量为Al。
所述铝合金粉末的制备方法为：
（1）原料熔炼：按配方将纯Al、Al-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Fe、Al-Er、Al-Zr、Al-Sc合金原料在真空条件下加热熔炼，熔炼温度为800℃，熔炼时间为25min；
（2）雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为2MPa；
（3）粉末筛分：将所制备预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理，气氛的压力为0.45MPa，粉末粒径范围为15～53μm；
（4）保温干燥：将步骤（3）筛分后的粉末进行干燥，干燥温度为110℃，干燥时间为8h，得到铝合金粉末。
将铝合金粉末进行3D打印，激光功率为300W；激光扫描速度为1200 mm/s；扫描间距为0.09mm；层间厚度为0.03mm。
将3D打印试件进行热处理，热处理温度为400℃，保温时间为2h，随炉冷却，得到最终的合金试件产品。
合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1，其金相图如图3所示。
实施例4
3D打印用高强耐温铝合金粉末的化学成分为（质量分数，下同）：W(Mg)：7.0%、W(Mn)：0.5%、W(Er)：1.2%、W(Sc)：0.2%、W(Zr)：1.4%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.4%，余量为Al。
所述铝合金粉末的制备方法为：
（1）原料熔炼：按配方将纯Al、Al-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Fe、Al-Er、Al-Zr、Al-Sc合金原料在真空条件下加热熔炼，熔炼温度为700℃，熔炼时间为40min；
（2）雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为0.8MPa；
（3）粉末筛分：将所制备预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理，气氛的压力为0.05MPa，粉末粒径范围为15～53μm；
（4）保温干燥：将步骤（3）筛分后的粉末进行干燥，干燥温度为120℃，干燥时间为4h，得到铝合金粉末。
将铝合金粉末进行3D打印，激光功率为250W；激光扫描速度为1500 mm/s；扫描间距为0.1mm；层间厚度为0.03mm。
将3D打印的合金试件进行热处理，热处理温度为365℃，保温时间为8h，随炉冷却，得到最终的合金试件产品。
合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1。
实施例5
3D打印用高强耐温铝合金粉末的化学成分为：W(Mg)：5.0%、W(Mn)：0.6%、W(Er)：0.9%、W(Sc)：0.4%、W(Zr)：1.8%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.3%，余量为Al。
所述铝合金粉末的制备方法为：
（1）原料熔炼：按配方将纯Al、Al-Mg、Al-Mn、Al-Si、Al-Fe、Al-Er、Al-Zr、Al-Sc合金原料在真空条件下加热熔炼，熔炼温度为850℃，熔炼时间为10min；
（2）雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为3MPa；
（3）粉末筛分：将所制备预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理，气氛的压力为0.95MPa，粉末粒径范围为15～53μm；
（4）保温干燥：将步骤（3）筛分后的粉末进行干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为12h，得到铝合金粉末。
将铝合金粉末进行3D打印，激光功率为400W；激光扫描速度为900mm/s；扫描间距为0.1mm；层间厚度为0.03mm。
将3D打印试件进行热处理，热处理温度为318℃，保温时间为6h，随炉冷却，得到最终的合金试件产品。
合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1。
对比例1（Er含量低）
本对比例除Er含量与实施例3不同外，其余条件均与实施例3相同。
本对比例中3D打印用高强耐温铝合金粉末化学成分为：W(Mg)：4.0%、W(Mn)：0.7%、W(Er)：0.4%、W(Sc)：0.1%、W(Zr)：0.69%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.2%，余量为Al。
对比例2（Zr含量不足）
本对比例除Zr含量与实施例3不同外，其余条件均与实施例3相同。
本对比例中3D打印用高强耐温铝合金粉末化学成分为：W(Mg)：4.0%、W(Mn)：0.7%、W(Er)：0.61%、W(Sc)：0.1%、W(Zr)：0.4%、W(Si)：0.3%、W(Fe)：0.2%，余量为Al。
对比例3（不含Fe）
本对比例的铝合金粉末中未添加Fe元素，其余条件均与实施例3相同。
本对比例中3D打印用高强耐温铝合金粉末化学成分为：W(Mg)：4.0%、W(Mn)：0.7%、W(Er)：0.61%、W(Sc)：0.1%、W(Zr)：0.69%、W(Si)：0.3%，余量为Al。
本对比例3D打印铝合金的金相图如图4所示。
对比例4（热处理温度不符合（T±5）℃，T=432-25000W(Sc)-1000W(Er)的规律）
本实验方法除热处理温度与实施例3不同外，其余条件均与实施例3相同。
将3D打印试件进行热处理，热处理温度为410℃，保温时间为2h，随炉冷却。
以上实施例1-5和对比例1-4中合金试件产品打印能量密度、致密度、室温（25℃）及高温（250℃）拉伸强度、断裂延伸率等具体数据见表1。
表1 实施例和对比例得到的合金试件产品性能数据
从实施例1-5可以看出，本发明所述成分合金在较宽的打印工艺区间内，即能量密度区间50～150J/mm3内，均可获得无裂纹、致密度在99.5%以上的打印试件，在合理的热处理温度下经保温处理后，合金具有优异的室温及高温力学性能，室温抗拉强度均在510MPa以上，延伸率10%以上，250℃下抗拉强度均在180 MPa以上，延伸率30%以上。
从实施例3和对比例1可以看出，当Er含量不足时，合金室温及高温抗拉强度均下降。Er含量不足导致打印凝固过程中晶界处不能形成足够数量的Al3(Er,M)共晶相，晶粒尺寸较粗大，且在较高温度下不能很好的抑制晶粒长大，晶界强化作用减弱，造成合金室温及高温力学强度的降低。
从实施例3和对比例2可以看出，当Zr含量不足时，合金室温及高温抗拉强度均下降。一方面，Zr含量降低在一定程度上减少了打印凝固过程中Al3(Sc,Zr)或Al3Zr相的析出数量，减少了等轴晶的形成，不利于晶粒尺寸的细化；另一方面，Zr元素含量低导致在热处理过程中不能形成具有完整核壳结构的Al3(Er,Zr)或Al3(Sc,Zr)纳米沉淀相，在高温下容易长大粗化，降低了析出相强化效果。
从实施例3和对比例3可以看出，当合金中只添加Si不含Fe时，合金孔隙率升高（从图3和图4的比对也可以明显看出），致密度降低，从而使室温抗拉强度降低。少量的Fe有利于减小凝固温度区间，提高熔体流动性，提高打印成形性和试件致密度。
从实施例3和对比例4可以看出，当热处理温度不符合（T±5）℃，T=432-25000W(Sc)-1000W(Er)的规律时，合金室温及高温抗拉强度下降。当热处理温度不合适时，沉淀相不能快速、充分地析出或者发生了粗化，降低了析出相强化效果。
其中，实施例1-3和对比例1-4中3D打印铝合金的室温力学性能图如图1所示；实施例1-3和对比例1、2、4中3D打印铝合金的高温（250℃）力学性能图如图2所示。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种3D打印用高强耐温铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.8%；W(Er)：0.61~1.5%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.4~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤2.1%，余量为Al。
2.根据权利要求1所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末，其特征在于，所述铝合金粉末中的合金元素以质量百分比计为：W(Mg)：4.0~7.0%；W(Mn)：0.5~0.7%；W(Er)：0.61~1.2%；W(Sc)：0.1~0.4%；W(Si)+W(Fe)：0.5~0.7%；0.2%≤W(Fe)≤0.34W(Er)；2.6W(Sc)+0.7W(Er)≤W(Zr)≤1.8%，余量为Al。
3.一种根据权利要求1或2所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为：
S1、原料熔炼：按配方将纯金属或中间合金原料在真空条件下加热熔炼，得到预合金金属；
S2、雾化制粉：将熔炼后的预合金金属利用氩气进行雾化制粉，得到预合金金属粉；
S3、粉末筛分：将步骤S2所制备的预合金金属粉在惰性气体保护气氛下进行筛分分级处理；
S4、保温干燥：将步骤S3筛分后的粉末进行干燥，得到所述的铝合金粉末。
4.根据权利要求3所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述熔炼的温度为700～850℃，所述熔炼的时间为10～40min。
5.根据权利要求3所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述雾化制粉的雾化气压为0.8～4.0Mpa。
6.根据权利要求3所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的制备方法，其特征在于，步骤S3中，惰性气体保护气氛的压力为0.05～0.95MPa，筛分后的粉末粒径范围为15～53μm；
步骤S4中，干燥温度为100～120℃，干燥时间为4～12h。
7.一种根据权利要求1或2所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，其特征在于，所述铝合金粉末用于制备3D打印合金试件产品。
8.根据权利要求7所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，其特征在于，所述3D打印的工艺参数为：激光功率为250～400W；激光扫描速度为900～1500mm/s；扫描间距为0.09～0.11mm；层间厚度为0.02～0.04mm。
9.根据权利要求7所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，其特征在于，所述铝合金粉末经3D打印后，再进行热处理得到最终的合金试件产品；
所述热处理温度为312～405℃，保温时间为2～8h，随炉冷却后得到最终的合金试件产品。
10.根据权利要求9所述一种3D打印用高强耐温铝合金粉末的应用，其特征在于，所述热处理温度为（T±5）℃，所述T=432-25000W(Sc)-1000W(Er)。
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