CN107649675A - 用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Si 0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc 0.2～0.5，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变形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变形铝合金金属粉末材料，消除了现有6061铝合金粉末在增材制造过程中存在的开裂问题。
Description
技术领域
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变形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
6061铝合金属于Al-Mg-Si系列合金，具有优良的物理、化学和力学性能；其抗蚀性良好、韧性高，加工后不变形、上色膜容易。典型应用包括航天固定装置、电器固定装置、通讯领域，也广泛应用于自动化机械零件、精密加工、模具制造、电子及精密仪器等等。由于航空、航天、电子、机械领域的不断发展，通过传统预拉伸工艺成形已无法满足需求；复杂零件更是无法加工。
随着工业化的不断改进，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。
而目前用于选区激光熔化(SLM)成形的6061变形铝合金，在进行成形之后均会出现大量裂纹，影响产品性能，随着复杂6061铝合金结构件应用的增长，现有6061铝合金粉末已无法满足需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料，消除了现有6061铝合金粉末在增材制造过程中存在的开裂问题。
本发明的另一个目的是提供一种用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
本发明所采用的另一个技术方案是，用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，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15～120μm的细小均匀粉末，即得。
本发明另一技术方案的特点还在于，
其中步骤2中烘干处理过程是在100～130℃下保温0.5～2h。
其中步骤2中烘干处理在氩气保护环境中进行。
其中步骤3所得的粉体材料在真空中密封保存。
本发明的有益效果是，本发明以向6061铝合金中添加Sc元素，提高其再结晶温度，消除制件中的裂纹缺陷，获得均匀致密、无冶金缺陷的6061铝合金制件。本发明在现用的三种3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400)中成形，其制件中均无裂纹存在，成形制件致密度达99.8％以上。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料，按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，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；
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。
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15～120μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的变形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。
实施例1
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40％、Fe 0.7％、Cu 0.15％、Mn 0.05％、Mg1％、Cr0.2％、Zn0.2％、Ti0.1％、Sc0.3％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％(若粉末中还存在杂质元素，每种杂质元素的量不超过0.05％，所有杂质元素的总量不超过上述粉末材料总量的0.15％)；
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；
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10-30μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的变形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。
实施例2
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.5％、Fe0.5％、Cu0.2％、Mn0.1％、Mg0.8％、Cr0.04％、Zn0.05％、Ti0.15％、Sc0.4％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％(若粉末中还存在杂质元素，每种杂质元素的量不超过0.05％，所有杂质元素的总量不超过上述粉末材料总量的0.15％)；
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；
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20-45μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的变形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。
实施例3
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.65％、Fe0.1％、Cu0.4％、Mn0.15％、Mg1.2％、Cr0.35％、Zn0.25％、Ti0.01％、Sc0.2％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％(若粉末中还存在杂质元素，每种杂质元素的量不超过0.05％，所有杂质元素的总量不超过上述粉末材料总量的0.15％)；
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；
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30-55μm的细小均匀粉末，即得用于增材制造的变形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。
实施例4
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.45％、Fe0.6％、Cu0.3％、Mn0.08％、Mg0.9％、Cr0.1％、Zn0.1％、Ti0.08％、Sc0.5％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％(若粉末中还存在杂质元素，每种杂质元素的量不超过0.05％，所有杂质元素的总量不超过上述粉末材料总量的0.15％)；
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；
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变形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。
实施例5
步骤1，材料准备；
具体为，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.55％、Fe0.4％、Cu0.35％、Mn0.12％、Mg1.1％、Cr0.3％、Zn0.15％、Ti0.12％、Sc0.35％，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％(若粉末中还存在杂质元素，每种杂质元素的量不超过0.05％，所有杂质元素的总量不超过上述粉末材料总量的0.15％)；
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；
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变形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。
本发明一种用于增材制造的变形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***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。
铝合金零件成形后，将制备好的铝合金零件进行金相组织观察及致密度检测，致密度检测结果为99.9％，得到均匀致密的6061变形铝合金制件。
本发明一种用于增材制造的变形铝合金金属粉末材料在现用的三种3D打印设备(EOS M280，BLT S300，BLT S400)中成形，其制件中均无裂纹存在，成形制件致密度达99.9％以上。
Claims (5)
1.用于增材制造的变形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：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，其余为Al，以上组分质量百分比之和为100％。
2.用于增材制造的变形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，变形铝合金金属粉末材料按照质量百分比，由以下组分组成：Si0.40～0.65、Fe 0.1～0.7、Cu 0.15～0.4、Mn 0.05～0.15、Mg 0.8～1.2、Cr 0.04～0.35、Zn 0.05～0.25、Ti 0.01～0.15、Sc0.2～0.5，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15～120μm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变形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变形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变形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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