一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金制造技术

本发明专利技术公开了一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～4.5％，Mn：1％～3.5％，Sc：0.2％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～1％，O：0.0001％～0.15％，杂质，余量为Al。该铝合金与现有用于3D打印的铝合金相比，该合金中钛元素可以一定程度上替代钪元素的强化作用从而提高经济性，该合金中钛元素可以一定程度上替代锆元素的强化作用从而降低合金制备难度，并且该合金拥有优异的力学性能和良好的成形特性。

A 3D printing aluminum alloy containing scandium titanium zirconium

【技术实现步骤摘要】
一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金
本专利技术涉及铝合金和3D打印
，具体涉及一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金。
技术介绍
金属材料3D打印技术在复杂结构件的制备方面具有巨大优势，它可以直接加工出复杂内腔、点阵结构等特殊模型，为结构设计和工业设计人员提供了更多的设计空间。目前金属材料的3D打印技术主要围绕现有的合金牌号进行，3D打印常见的不锈钢有304、316L和17-4PH等，3D打印常见的钛合金有TC4、TC6和TA12等，3D打印常见的高温合金有GH4169，GH3625和GH3536等，3D打印常见的铝合金有AlSi7Mg、AlSi10Mg和AlSi12等。可以看出，常见的3D打印合金绝大部分是传统铸造合金或变形合金中的现有牌号。由于传统合金成分是为了铸造或变形工艺所设计，适宜于3D打印的合金材料仍然较少。这一点在3D打印铝合金中尤为突出，常见的3D打印铝合金均为铝硅系合金。在近几年也逐渐发展出了一些适宜于3D打印的其他铝合金材料，例如，以钪锆作为强化元素的铝镁系合金。但是目前适宜于3D打印的铝合金牌号仍然较少，急需发展出更多的适宜于3D打印的铝合金材料，以满足工程领域对不同价格、不同强度等级的3D打印铝合金的需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供了一种含有钪钛锆元素的3D打印专用铝合金，与现有3D打印铝合金相比，该合金中钛元素可以一定程度上替代钪元素的强化作用从而提高经济性，该合金中钛元素可以一定程度上替代锆元素的强化作用，从而提高合金制备过程的工艺可行性，且获得的合金材料拥有优异的力学性能和良好的成形特性。本专利技术通过下述技术方案实现：一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～4.5％，Mn：1％～3.5％，Sc：0.2％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～1％，O：0.0001％～0.15％，杂质，余量为Al。本专利技术合金中Al元素为基体元素，Mg、Mn、Sc、Ti、Zr为合金元素，通过合理设置Mg、Mn、Sc、Ti、Zr之间的比例，并将O元素含量控制在合理范围内，能够确保合金具有较好的成形性能，同时具有优异的力学性能。本专利技术合金中以Mg元素和Mn元素构成主要的基体强化元素，这两种合金元素含量适中，即能提高铝基体的强度同时不会明显恶化铝基体的塑性。作为铝合金常用的合金化元素，添加Mg元素和Mn元素的工艺可行性极高。以Mn、Sc、Ti和Zr元素作为沉淀强化元素，它们与Al元素和其它杂质元素相结合，可以形成不同的沉淀强化相，大幅提高了本专利技术合金的屈服强度和抗拉强度，并且不会明显恶化合金的塑性。同时，Mn、Sc、Ti和Zr元素可以抑制3D打印过程的柱状晶生长，有利于获得晶粒细小的显微组织，增加晶界强化的效果。Ti元素的引入，可以提高合金的经济性和工艺可行性。本专利技术合金的铝基体具有较好的塑性，在3D打印过程能够通过塑性变形来降低打印零件中的残余应力。同时，由于该合金打印后可以得到细小的晶粒，而非粗大的柱状晶，可以显著抑制高温下的液化裂纹。从而使得该合金在打印过程具有较高的工艺可靠性，不易形成裂纹等缺陷。进一步地，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～2.5％，Mn：2.5％～3.5％，Sc：0.2％～0.5％，Ti和Zr的总和：0.6％～1％。进一步地，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～2.5％，Mn：2.5％～3.5％，Sc：0.5％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～0.5％。进一步地，包括以下重量百分比组分：Mg：2.5％～4.5％，Mn：1％～2.5％，Sc：0.2％～0.5％，Ti和Zr的总和：0.6％～1％。进一步地，包括以下重量百分比组分：Mg：2.5％～4.5％，Mn：1％～2.5％，Sc：0.5％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～0.5％。进一步地，所述O元素的重量百分比：0.0002％～0.05％。进一步地，所述杂质包括杂质元素Fe、Si、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Sn和不可除杂质元素；杂质元素Fe、Si、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Sn的重量百分比总量低于0.8％；不可除杂质元素的重量百分比小于0.3％。进一步地，所述杂质元素Fe、Si、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Sn的重量百分比总量低于0.1％。进一步地，所述不可除杂质元素的重量百分比小于0.1％。一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金的应用，所述合金应用领域包括3D打印、熔覆、堆焊、粉末冶金、喷涂、注射成型、粉末锻造。本专利技术所述铝合金的制备方法如下：根据需要的成分配料，使用电解铝、中间合金等原材料，采用电阻加热等方法将原材料熔炼制备成所需合金。然后通过铸造或机械加工等方法将合金加工成制粉所需的形状尺寸；再使用气雾化或其它适宜的制粉技术将合金锭制成合金粉；最后通过筛分、粉末送检等步骤得到符合3D打印使用要求的粉末。或通过锻造、挤压等变形合金的制备方法，将合金加工成丝材(线材)，最后得到成分及规格符合送丝类3D打印使用要求的铝合金丝(线)。铝合金3D打印的常规方法如下：以激光选区熔化成形设备为例，先将铝粉置于惰性气体保护的干燥箱或真空干燥箱中烘干以备用；建立待加工的零件的三维模型、添加支撑、再切片导入到3D打印设备；选用适宜的3D打印工艺参数，在保护气氛下将铝合金粉末加工成目标零件。本专利技术具有如下的优点和有益效果：1、本专利技术提供的合金与Al-Mg-Sc-Zr这类合金相比，本专利技术合金中Mg和Mn元素可以起到协同强化的作用，在提高合金强度的同时还能使合金保持较高的延伸率；本专利技术提供的合金引入了Ti元素，可以降低成本并提高工艺可行性。2、本专利技术提供的合金与AlSi10Mg合金相比，本专利技术合金在塑性与其相近的情况下，抗拉强度和屈服强度明显高于AlSi10Mg合金，可用于更加重要的承力构件。3、本专利技术提供的合金具有较好的塑性和工艺可行性，在打印过程中不容易形成裂纹等缺陷，本专利技术合金丰富了3D打印合金可用材料库，并提供了新的合金设计思路。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为实施例5样品的工程应力应变曲线图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1本实施例提供了一种含有钪钛锆元素的3D打印专用铝合金，原料组成按以下重量百分比计算为：Mg：1.9％，Mn：3.1％，Sc：0.3％，Ti：0.35％，Zr：0.35％，O：0.035％，杂质元素Fe、Si、Cu、Zn、Cr、Ni、Pb、Sn的重量百分比总量为0.2％，其它不可除杂质重量百分比总量为0.1％，余量为Al。实施例2：本实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～4.5％，Mn：1％～3.5％，Sc：0.2％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～1％，O：0.0001％～0.15％，杂质，余量为Al。/n

【技术特征摘要】
1.一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～4.5％，Mn：1％～3.5％，Sc：0.2％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～1％，O：0.0001％～0.15％，杂质，余量为Al。


2.根据权利要求1所述的一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～2.5％，Mn：2.5％～3.5％，Sc：0.2％～0.5％，Ti和Zr的总和：0.6％～1％。


3.根据权利要求1所述的一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：1.5％～2.5％，Mn：2.5％～3.5％，Sc：0.5％～1.5％，Ti和Zr的总和：0.2％～0.5％。


4.根据权利要求1所述的一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：2.5％～4.5％，Mn：1％～2.5％，Sc：0.2％～0.5％，Ti和Zr的总和：0.6％～1％。


5.根据权利要求1所述的一种含有钪钛锆元素的3D打印用铝合金，其特征在于，包括以下重量百分比组分：Mg：2.5...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国伟，沈显峰，杨家林，王利利，孙凯华，叶作彦，罗郁雯，黄姝珂，陈金明，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院机械制造工艺研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51