一種用于3D打印的合金粉體及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種用于3D打印的合金粉體及其制備方法，制備方法包括以下步驟：S10：按照合金粉體的化學組成分子式配制原料，原料的摩爾量比為20：20：20：20：20，化學組成分子式如式（I）所示：Al

【技術實現步驟摘要】
一種用于3D打印的合金粉體及其制備方法


[0001]本專利技術涉及合金材料
，具體而言，涉及一種用于3D打印的合金粉體及其制備方法。

技術介紹

[0002]隨著材料應用的日趨輕量化，高比強度和低密度的輕質合金在航空航天、軍事工業、新能源汽車等領域具有重要的應用需求和應用前景。但是，鋁合金、鎂合金、鈦合金等傳統的輕質材料都存在著一些問題，如鋁合金和鎂合金的強度低，鈦合金耐磨性和高溫抗氧化性差等。
[0003]近幾年，高熵合金作為一種全新的多主元合金，因其合金體系選擇廣泛、具有多種優異的物理和化學特性而引起人們的廣泛關注，尤其是，輕質高熵合金自2010年被研發出來之后受到廣泛關注。在高熵效應、緩慢擴散效應、“雞尾酒”效應和晶格畸變效應的共同作用下，輕質高熵合金具有高強度、高硬度、耐磨損、耐腐蝕等優異性能和低密度的優點。
[0004]迄今為止，所報道的有關輕質高熵合金的制備工藝僅僅包括真空電弧熔煉、真空感應熔煉和機械合金化法這3種常規的合金制備工藝。但是，對于輕質高熵合金而言，無論由真空感應熔煉或真空電弧熔煉所得到的鑄態合金樣品往往都呈現出典型的不均勻的樹枝晶和枝晶間形貌，存在一定程度的成分偏析，甚至還存在孔隙、裂紋和夾雜等明顯的鑄造缺陷，從而惡化合金材料的性能，而機械合金化存在生產周期長且雜質控制困難等缺點。
[0005]3D打印技術是結合了材料、機械、計算機和數控于一體的成型制造技術，制備過程無需模具直接成型，在單件定制與復雜件成型方面可大幅減少材料用量，縮短制造周期，是鑄造、鍛造、焊接等傳統加工方式的重要補充，能夠滿足未來先進成型制造技術的發展要求，廣泛應用于航空航天、船舶、汽車制造等領域。因此，應用3D打印技術得到輕質合金的復雜構件是一種有效新方法。雖然3D打印技術已經在普通輕質合金中得到應用，比如，3D打印的AlSi
10
Mg鋁合金已廣泛應用于手板加工制作行業。但是，迄今為止，尚沒有關于應用3D打印技術，通過輕質高熵合金粉體得到輕質高熵合金的有關報道。
[0006]因此，如何制備一種3D打印用輕質高熵合金粉體，成為了本領域技術人員亟待解決的技術問題，也是推進輕質高熵合金在航空航天和軍事工業等高
應用的關鍵。

技術實現思路

[0007]本專利技術提供一種具有高球形度、均勻的顆粒度、較低的密度、高的比強度和比硬度，且具有很好的3D打印成型能力的輕質高熵合金粉體，解決了目前缺乏性能好的用于3D打印的輕質高熵合金粉體的技術問題。
[0008]為解決上述問題，本專利技術提供一種用于3D打印的合金粉體的制備方法，包括以下步驟：S10：按照合金粉體的化學組成分子式配制原料，原料的摩爾量比為20：20：20：20：20，化學組成分子式如式（I）所示：
Al
20
Mg
20
Ti
20
M
20
N
20
????
（I）其中，M選自Li、Zn、Sc、Ca中的一種；N選自Cu、Y、Yb、Lu、Tm、V中的一種；S20：對原料進行熔煉，熔煉的溫度為720℃
?
1020℃，熔煉的時間為10min
?
40min，得到合金熔融體；S30：對合金熔融體進行保溫處理；S40：對保溫處理后的合金熔融體進行霧化，霧化后篩分，得到合金粉體。
[0009]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：鎂基復合材料具有密度低、比強度和比剛度高，同時還具有良好的耐磨性、耐高溫性、耐沖擊性、優良的減震性及尺寸穩定性和鑄造性等，采用Ti顆粒作為鎂基復合材料的強化相，使得復合材料的強度和塑性都有所提高，且界面結合緊密。Ti
?
Al系金屬間化合物其有密度小和比強度高的特點，且具有優良的高溫抗氧化性能和高溫強度。因此，Al
?
Mg
?
Ti基符合材料具有質輕、比強度和比剛度高、導熱導電性能好、高強度、高模量、高硬度、高尺寸穩定性和優良的耐磨性、耐蝕、減振性能及高溫性能等優點。通過改變M和N的組分以及制備工藝條件，可以實現該輕質高熵合金粉體的顆粒度和物理性能的調節。原料配制完成后，進行熔煉，達到提高金屬的純凈度，減少了合金的氧化損失，改善其結晶組織和性能的目的，得到的合金熔融體經過霧化后被高壓氣流的動力所分散，合金粉體彌漫在霧化塔中進行快速凝固冷卻，篩分后，獲得顆粒較細，含氧量低的合金粉體，上述制備方法簡便易行。
[0010]在本專利技術的一個實例中，熔煉在惰性氣體的保護氣氛下進行。
[0011]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：在熔煉過程中，充入惰性氣體能夠控制熔煉爐內的壓力和氣氛，合金熔融體被高壓惰性氣體流的動力所分散，并且能夠減少氧化損失。
[0012]在本專利技術的一個實例中，熔煉的溫度為750℃
?
920℃，熔煉的時間為15min
?
25min。
[0013]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：熔煉的溫度根據熔煉的材質來定，熔煉的溫度過高，會導致產生過多氧化廢渣。熔煉的時間過長，會導致熔爐的生產率降低。因此，需要對熔煉的溫度和時間進行合理控制。
[0014]在本專利技術的一個實例中，保溫處理的溫度為720℃
?
1020℃，保溫的時間為10min
?
30min。
[0015]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：當熔煉爐內合金原料轉換成合金熔融體之后，對熱負荷需求減少，溫度迅速提升，需及時控制熱負荷的供應量，保溫期精確控制熱負荷大小，確保以最小的熱量供應量實現保溫效果，從而降低不必要的能源消耗。
[0016]在本專利技術的一個實例中，霧化的壓力為4MPa
?
6MPa，霧化的溫度為240℃
?
320℃，霧化的介質為惰性氣體。
[0017]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：過高的霧化壓強對于霧化過程的控制與氣體消耗量等都是不利的，在上述條件下進行霧化，且通過惰性氣體分散合金熔融體，所得到的合金顆粒細且含氧量低。
[0018]在本專利技術的一個實例中，合金粉體的粒徑為15μm
?
53μm。
[0019]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效果：因每種工藝使用的粉末粒
度不同，故需要對其進行物理分選，篩分得到粒徑為15μm
?
53μm的合金粉體，能夠適用于激光熔化工藝，故其能夠用于3D打印。
[0020]本專利技術還提供一種用于3D打印的合金粉體，采用上述任一實例的制備方法制得，利用合金粉體3D打印制件，制件的密度為2.6
?
3.5 g/cm3，硬度為80
?
120 HV，拉伸強度400
?
500 MPa，延伸率為10
?
20%。
[0021]與現有技術相比，采用該技術方案所達到的技術效本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種用于3D打印的合金粉體的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S10：按照所述合金粉體的化學組成分子式配制原料，所述原料的摩爾量比為20：20：20：20：20，所述化學組成分子式如式（I）所示：Al
20
Mg
20
Ti
20
M
20
N
20
?????
（I）其中，M選自Li、Zn、Sc、Ca中的一種；N選自Cu、Y、Yb、Lu、Tm、V中的一種；S20：對所述原料進行熔煉，熔煉的溫度為720℃
?
1020℃，熔煉的時間為10min
?
40min，得到合金熔融體；S30：對所述合金熔融體進行保溫處理；S40：對保溫處理后的所述合金熔融體進行霧化，霧化后篩分，得到所述合金粉體。2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉在惰性氣體的保護氣氛下進行。3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述熔煉的溫度為750℃
?
920℃，所述熔煉的時間為15min
?
25min。4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述保溫處理的溫度為720℃
?
1020℃，保溫的時間為10min
?
30min。5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述霧...

【專利技術屬性】
技術研發人員：趙文軍，徐然，程鵬飛，勵達，
申請(專利權)人：寧波眾遠新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：