(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 CN 107502795 A(43)申请公布日 2017.12.22
(21)申请号 201710772920.9(22)申请日 2017.08.31
(71)申请人 西安铂力特增材技术股份有限公司
地址 710075 陕西省西安市高新区科技路
48号创业广场A0508(72)发明人 赵晓明 赵伟 薛蕾
(74)专利代理机构 西安弘理专利事务所 61214
代理人 罗笛(51)Int.Cl.
C22C 21/08(2006.01)B22F 1/00(2006.01)B33Y 70/00(2015.01)
权利要求书1页 说明书4页
(54)发明名称
用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料及其制备方法(57)摘要
本发明公开了一种用于增材制造的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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu 0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。本发明还公开了一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，本发明提供的用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，解决了现有铝合金粉末无法完全满足零件强度要求的问题。CN 107502795 ACN 107502795 A
权 利 要 求 书
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1.用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，其特征在于：按照质量百分比，由以下组分组成：Mg3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu 0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
2.用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤1，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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；
步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为15～50μm的细小均匀粉末，即得。
3.根据权利要求2所述的用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中烘干处理过程是在100～130℃下保温0.5～2h。
4.根据权利要求2所述的用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于：所述步骤2中烘干处理在氩气保护环境中进行。
5.根据权利要求2所述的用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，其特征在于：所述步骤3所得的粉体材料在真空中密封保存。
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说 明 书
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用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于金属粉末材料技术领域，涉及一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，本发明还涉及该金属粉末材料的制备方法。背景技术
[0002]目前铝合金作为轻金属材料，以其优良的物理、化学和力学性能，在航空航天、高速列车、轻型汽车、电子、国防军事、建筑等领域获得广泛应用。传统的加工工艺有塑性加工与铸造加工。传统热加工工艺在加工后一般需要机械加工，材料利用率低，制造周期长，热加工工艺难以精确控制。而内部型腔复杂的零件更是无法成形与加工。[0003]随着工业的的不断改进，増材制造在以上领域均得到了广泛的应用。目前可直接成形金属零件的快速成形方法主要有三种：选择性激光烧结(SLS)，激光熔覆(LC)，选区激光熔化(SLM)。选区激光熔化是基于离散-堆积理念的增量制造技术，与传统的去除材料加工方法相反，利用高能束激光逐层选择性地熔化金属粉末堆积成形金属零件，具有生产周期短、零件几何形状复杂和材料加工种类繁多等明显优势。
[0004]而用于选区激光熔化(SLM)成形的铝合金材料主要集中在Al-Mg系合金，Al-Mg材料成形的零件，其性能强度最高只能达到300MPa左右。随着零件对比强度要求的不断提高，传统铝合金粉末无法完全满足零件的强度要求。
发明内容
[0005]本发明的目的是提供一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，解决了现有铝合金粉末无法完全满足零件强度要求的问题。
[0006]本发明的另一个目的是提供一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法。
[0007]本发明所采用的技术方案是，用于增材制造的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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu 0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
[0008]本发明所采用的另一个技术方案是，用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：[0009]步骤1，材料准备；[0010]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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；
[0011]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；[0012]步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为15～
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说 明 书
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50μm的细小均匀粉末，即得。
[0013]本发明另一技术方案的特点还在于，
[0014]其中步骤2中烘干处理过程是在100～130℃下保温0.5～2h。[0015]其中步骤2中烘干处理在氩气保护环境中进行。[0016]其中步骤3所得的粉体材料在真空中密封保存。[0017]本发明的有益效果是，本发明以Sc、Zr等作为强化元素，在增材制造过程中，Sc会提升铝合金材料的再结晶温度，细化晶粒；与Zr结合形成强化相，且强化相稳定存在，使得材料的使用温度范围提升至100℃左右。成形后通过热处理，其抗拉强度可以提高到450Mpa以上。本发明在三种现用的3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400)中成形，其抗拉强度均能达到450Mpa以上。解决了现有铝合金粉末无法完全满足零件强度要求的问题。具体实施方式
[0018]下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。[0019]本发明用于增材制造的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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe0.1～0.4、Cu 0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。[0020]用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：[0021]步骤1，材料准备；[0022]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：Mg 3～7、Sc0.50～0.90、Zr0.02～0.20、Cr 0.01～0.1、Fe 0.1～0.4、Cu0.05～0.2、Mn 0.05～0.2、Ti 0.01～0.15、Si 0.1～0.25、Zn 0.1～0.25，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；
[0023]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理；[0024]烘干处理过程是在100～130℃下保温0.5～2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行。
[0025]步骤3，将步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为15～50μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属粉末在真空中密封保存。[0026]实施例1[0027]步骤1，材料准备；[0028]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：Mg 3％、Sc0.9％、Zr0.02％、Cr 0.1％、Fe 0.4％、Cu0.1％、Mn 0.2％、Ti 0.15％、Si0.1％、Zn 0.25％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；[0029]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理，烘干过程中的温度是100℃，保温时间为0.5h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；[0030]步骤3，步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为10-35μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属粉末在真空中密封保存。
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实施例2
[0032]步骤1，材料准备；[0033]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：Mg4％、Sc0.6％、Zr0.1％、Cr0.05％、Fe0.2％、Cu0.05％、Mn0.1％、Ti0.01％、Si0.2％、Zn0.1％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；[0034]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理，烘干过程中的温度是110℃，保温时间为0.8h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；[0035]步骤3，步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为20-40μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属粉末在真空中密封保存。[0036]实施例3[0037]步骤1，材料准备；[0038]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：Mg5％、Sc0.5％、Zr0.08％、Cr0.01％、Fe0.1％、Cu0.08％、Mn0.05％、Ti0.05％、Si0.15％、Zn0.15％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；[0039]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理，烘干过程中的温度是115℃，保温时间为1h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；[0040]步骤3，步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为30-65μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属粉末在真空中密封保存。[0041]实施例4[0042]步骤1，材料准备；[0043]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：Mg7％、Sc0.7％、Zr0.2％、Cr0.08％、Fe0.3％、Cu0.2％、Mn0.08％、Ti0.08％、Si0.25％、Zn0.2％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；[0044]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理，烘干过程中的温度是120℃，保温时间为2h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；[0045]步骤3，步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为60-90μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属粉末在真空中密封保存。[0046]实施例5[0047]步骤1，材料准备；[0048]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：Mg6％、Sc0.8％、Zr0.15％、Cr0.09％、Fe0.15％、Cu0.15％、Mn0.15％、Ti0.1％、Si0.18％、Zn0.18％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％；[0049]步骤2，将步骤1所得材料在增材制造成形前，进行烘干处理，烘干过程中的温度是130℃，保温时间为0.15h，且烘干处理在氩气保护环境中进行；[0050]步骤3，步骤2烘干后的材料进行筛分处理，去除较大颗粒与杂质，得粒度为80-120μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料，将所得的铝合金金属
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说 明 书
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粉末在真空中密封保存。
[0051]一种用于增材制造的高强铝合金金属粉末材料具体应用时，先将所得细小均匀的粉末材料装入设备的粉筒中，根据零件的三维模型，将模型按一定的厚度切片分层，即将零件的三维形状信息转换成一系列二维轮廓信息，随后在数控系统的控制下，用激光通过阵镜控制来熔化金属粉末，直接成形具有特定几何形状的零件。成形过程中金属粉末完全熔化，产生冶金结合，根据零件三维模型逐层打印，制成铝合金零件。[0052]铝合金零件成形后，将制备好的铝合金零件进行时效处理，再将零件从基体分离出来，对零件进行最终加工，最后得到高强度的铝合金零件。[0053]本发明在现用的3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400)中成形，其抗拉强度均能达到450Mpa以上。
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