3d打印铝镁合金粉末及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明涉及一种3d打印中强度高塑性低成本铝镁合金粉末配方及其打印方法，属于增材制造专用材料设计以及产品成型技术领域。
背景技术：2.近年来，所有车辆和动态加载工程系统都面临着减少所有部件重量以减少二氧化碳排放的重要要求，轻量化铝合金和激光增材制造技术的不断发展有可能在这方面发挥关键作用。第一，铝合金是仅次于钢铁的第二常用金属，由于其可回收性、优良的强度重量比、导热性和导电性、耐腐蚀性、可成形性和美观的外观，它们越来越多地应用于汽车、航空航天和飞机领域；第二，用铝合金制造的工程部件通常通过传统的制造工艺如铸造、锻造、挤压和粉末冶金来制造。与这些传统的制造工艺相比，3d打印伴随着极端快速非平衡凝固过程，可以获得细小均匀的组织、过饱和固溶体以及亚稳铝合金，有助于实现高性能铝合金的制造。然而，由于铝合金具有激光反射高、熔点低、易氧化、凝固范围宽等特殊材料特性，在slm快速凝固过程中容易形成热裂纹等冶金缺陷。al-si系合金是目前slm技术制备的最合适的al合金，特别是alsi10mg和alsi12，其成分接近共晶点，熔点低，凝固温度范围窄，因此其铸造性和可焊性较好。而3d打印加工的al-si合金的力学性能有限(抗拉强度小于400mpa，延伸率小于6％)，限制了其进一步应用。
3.因此，3d打印材料仍有待改进。
技术实现要素：4.本发明提供一种3d打印铝镁合金粉末及其制备方法与应用。本发明抛开铝合金传统牌号的概念，研发出3d打印铝合金专用的合金成分。本发明提出在铝镁合金中添加一定量的zr元素和少量的sc元素，在3d打印快速凝固过程中析出纳米级al3(sc,zr)粒子，具有良好的热稳定性，能有效抑制晶粒长大和热裂纹的产生，而获得组织细小、无裂纹、性能优异的铝镁合金。本发明添加的sc含量相对较少，在获得所需性能同时控制生产成本。本发明所设计的成分专用于3d打印成型，打印出来的零部件致密度高、缺陷少，通过最佳热处理工艺后力学性能优越。
5.一种3d打印铝镁合金粉末，其中的合金元素以质量百分比为：mg：3.5～6.0％、zr：1.0～2.0％、sc：0.1～0.25％、si：0.01～0.3％、mn：0.01～0.5％、fe：0.01～0.06％、ti：0.01～0.1％，杂质总含量不超过0.1％，余量为al。
6.根据本发明实施例，所述合金中mg的质量分数为3.5～6.0％，或4～4.5％，具体例如3.5％、4％、4.5％、5％、5.5％、6.0％。
7.根据本发明实施例，所述合金中zr的质量分数为1.0～2.0％，或1.2～1.8％，具体例如1.0％、1.2％、1.5％、1.8％、2.0％。
8.根据本发明实施例，所述合金中sc的质量分数为0.1～0.25％，或0.15～0.2％，具体例如0.1％、0.15％、0.2％、0.25％。
9.根据本发明实施例，所述合金中si的质量分数为0.01～0.3％，或0.05～0.2％，具体例如0.01％、0.02％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％。
10.根据本发明实施例，所述合金中mn的质量分数为0.01～0.5％，或0.02～0.4％，具体例如0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、
11.根据本发明实施例，所述合金中fe的质量分数为0.01～0.06％，或0.02～0.05％，具体例如0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％。
12.根据本发明实施例，所述合金中ti的质量分数为0.01～0.1％，或0.02～0.09％，具体例如0.01％、0.02％、0.03％、0.04％、0.05％、0.06％、0.07％、0.08％、0.09％、0.1％。
13.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末中，sc、zr质量分数之和为1.8～2.5％，或2～2.5％。
14.根据本发明实施例，所述合金中杂质总质量分数不超过0.1％。
15.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末含有al3(sc,zr)第二相，主要起到修饰晶界，并在铝镁合金3d打印过程中形成双峰晶粒结构的作用，提高韧性。同时起到消除织构、细化晶粒、抑制热裂的作用，并在铝合金中形成超饱和固溶。
16.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末中，仅添加少量sc元素：0.1～0.25％，作为al3(sc,zr)第二相粒子的核心，确保较低时效温度下可析出强化粒子。其中al3sc析出温度为：250-375℃，时间2-6h；al3zr析出则在400℃，6h以上，故仅少量添加sc，有助于形成壳体结构，后续强化靠zr元素细化晶粒，提高强塑性。但因sc元素对异质粒子形核、细化晶粒效果比zr元素明显，故减少0.1％的sc，需增加0.8％的zr。
17.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末中的合金元素在上述含量范围内，若每降低0.1％的sc元素，应相应增加0.8％的zr元素。
18.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末中，若sc、zr质量分数之和低于(≤)2.0％时，需调整si的质量分数为0.1～0.3％，mn的质量分数为0.3～0.5％，ti的质量分数为0.05～0.1％，fe的质量分数为0.02～0.06％；即采用以上微量元素复合强化；若sc、zr质量分数之和超过1.8％时不需额外添加上述微量元素，亦可以达到强度与延伸率均较佳的综合性能。
19.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末的粒度范围为15～53μm。
20.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末的平均粒径为27-36μm。
21.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末采用真空、氩气气雾化法制备。
22.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末具有中强度高塑性低成本的特点。
23.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末为预合金。
24.本发明3d打印铝镁合金粉末的作用原理：
25.1)mg元素的作用：加入3.5～6.0％的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到fcc铝的晶格中，起到固溶强化作用。
26.2)sc和zr元素的作用：加入1.0～2.0％的zr以及0.1～0.25％的sc，形成细小的al3(sc,zr)第二相，主要起到修饰晶界，并在铝镁合金3d打印过程中形成双峰晶粒结构的作用，提高韧性。同时起到消除织构、细化晶粒、抑制热裂的作用，并在铝合金中形成超饱和固溶。
27.3)si元素的作用：加入0.01～0.3％的si，主要起到减小凝固温度范围、提高愈合
初期裂纹的能力。同时形成mg2si强化相，起到弥散强化的作用。
28.4)mn元素的作用：加入0.01～0.5％的mn，主要起到固溶强化的效果，同时能提高熔体流动性，补缩晶粒间热裂纹，并提高粉末收得率。
29.5)定量协同设计sc、zr元素含量是在较佳综合性能的同时实现低成本，研究表明减少0.1％的sc元素，应相应增加0.8％的zr元素确保熔体凝固时，具有足够的初生相异质形核粒子细化晶粒，强化合金；当初生相数量不足时，需添加微量mn、si、ti、fe元素复合强化。
30.6)fe和ti元素的作用：加入0.01～0.06％的fe和0.01～0.1％的ti，主要起到吸收合金中杂质元素的作用，与有害元素形成材料内部的增强相，并提高铝合金的热稳定性，同时还能起到固溶强化的作用。
31.7)以上元素的加入是往增加材料的塑性、降低裂纹敏感性以及消除熔池内部氧化物出发，同时考虑到元素的强化作用，体现出协同增强作用。
32.本发明还提供上述3d打印铝镁合金粉末的制备方法，包括：
33.(1)原料熔炼：按配方将所有元素的纯金属块在真空条件下加热熔炼；优选气压为0.8～0.9mpa，优选熔炼温度为800～900℃；
34.(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；雾化气压优选为6～9mpa；
35.(3)粉末筛分：步骤(2)制备的预合金金属粉进行过目筛分处理，得到预合金粉末；优选预合金粉末的平均粒径为27-36μm，粉末粒径范围为15～53μm；
36.(4)保温干燥：将步骤(3)筛分后的粉末干燥；优选干燥的温度为100-120℃，干燥时间优选为4-12h。
37.在一些实施例，上述3d打印铝镁合金粉末的制备方法，包括：
38.(1)原料熔炼：所有元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8～0.9mpa，熔炼温度为800～900℃；
39.(2)雾化制粉：将步骤(1)熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉，雾化气压为6～9mpa；
40.(3)粉末筛分：将步骤(2)预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为30μm的预合金粉末，粉末粒径范围为15～53μm；
41.(4)保温干燥：将步骤(3)筛分后的粉末置于干燥箱内，保温温度100℃，保温时间12h。
42.根据本发明实施例，所述3d打印铝镁合金粉末的制备方法为雾化制粉工艺，粉末球形度好、流动性强、粉末粒径小，粉末形貌如图1和图2所示。
43.本发明还提供上述3d打印铝镁合金粉末的应用，包括将所述3d打印铝镁合金粉末直接用于3d打印。在一些实施例，所述3d打印为激光粉床打印(slm)。
44.在一些实施例，所述3d打印的参数包括：激光扫描功率为200～400w；激光扫描速度为300～1200mm/s；扫描间距为0.1mm；层间厚度为0.05mm。
45.在一些实施例，所述应用还包括将3d打印后的零部件经过时效处理后的到最终产品。其中，所述时效处理的参数包括：时效温度为250～375℃，保温时间为2～6h，升温速度为10～20℃/min，空冷。
46.本发明还提供一种铝合金，由上述3d打印铝镁合金粉末制得，例如采用上述3d打印方法进行制备。
47.利用本发明3d打印铝镁合金粉末制备铝合金，工艺简单，生产成本低，可适用于大规模生产，可制备出中强度高塑性的铝合金，广泛应用为航空航天、轨道交通、远洋湖泊等轻量化零部件。
48.本发明的有益效果至少包括：
49.第一，zr元素和sc元素的加入形成al3(sc,zr)纳米粒子，结合3d打印极端快速非平衡凝固过程，可制备出组织细小、具有双峰晶粒结构的铝镁钪锆合金，获得高塑性，实现增材制造铝合金在不同领域的广泛应用。第二，本发明通过对传统铝镁合金成分进行优化，克服了增材制造在传统铝镁合金中开裂的现象，打印件致密度高、无裂纹、组织细小均匀、各向异性低、力学性能优异。第三，通过上述制备的新的铝镁合金成分，再结合最优3d打印工艺，以及最佳热处理工艺，所制备的零部件抗拉强度≥360mpa，平均硬度≥138hv
0.2
，延伸率≥20％，同时表现出优异的耐腐蚀性能以及抗高温氧化性能。
附图说明
50.图1为实施例1中3d打印铝合金粉末的腐蚀金相图；
51.图2为实施例1中3d打印铝合金粉末的扫描形貌图；
52.图3为实施例3中3d打印后的零部件(经过时效处理)的金相图；
53.图4为实施例4中3d打印后的零部件(经过时效处理)的扫描图。
54.图5为实施例1和2中3d打印后的零部件(经过时效处理)的力学性能；
55.图6为实施例5中3d打印后的零部件(经过时效处理)的力学性能。
具体实施方式
56.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
57.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，但是本发明还可以采用其他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推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
58.实施例1
59.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：4.5％、zr：1.2％、sc：0.2％、si：0.3％、mn：0.5％、fe：0.02％、ti：0.05％，余量为al。
60.本实施例铝合金粉末的制备方法：
61.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
62.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
63.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为30μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
64.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为
100℃。
65.本实施例铝合金粉末的腐蚀金相图见图1，扫描形貌图见图2。
66.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
67.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为250℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
68.实施例2
69.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：4.5％、zr：1.2％、sc：0.2％、si：0.3％、mn：0.5％、fe：0.02％、ti：0.05％，余量为al。
70.本实施例铝合金粉末的制备方法：
71.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
72.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
73.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为30μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
74.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
75.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
76.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为325℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
77.实施例3
78.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：3.5％、zr：1.8％、sc：0.1％、si：0.05％、mn：0.05％、fe：0.02％、ti：0.02％，余量为al。
79.本实施例铝合金粉末的制备方法：
80.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.85mpa，熔炼温度为900℃；
81.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
82.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为35μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
83.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
84.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为300w，激光扫描速度为800mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
85.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为325℃，保温时间为5h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1，金相图见图3。
86.实施例4
87.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：6.0％、zr：1.8％、sc：0.1％、si：0.3％、mn：0.3％、fe：0.02％、ti：0.02％，余量为al。
88.本实施例铝合金粉末的制备方法：
89.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.85mpa，熔炼温度为900℃；
90.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为8mpa；
91.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为33μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
92.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
93.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为200w，激光扫描速度为300mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
94.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为275℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1，扫描图见图4。
95.实施例5
96.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：4.0％、zr：2.0％、sc：0.1％、si：0.02％、mn：0.02％、fe：0.01％、ti：0.01％，余量为al。
97.上述铝合金粉末制备方法：
98.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.9mpa，熔炼温度为900℃；
99.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为9mpa；
100.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为31μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
101.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
102.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
103.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为275℃，保温时间为6h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
104.对比例1
105.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：13.0％、zr：1.0％、sc：0.1％、si：0.05％、mn：0.1％、fe：0.02％、ti：0.02％，余量为al。
106.本对比例铝合金粉末的制备方法：
107.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.7mpa，熔炼温度为800℃；
108.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；
109.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为31μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
110.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
111.利用本对比例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
112.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为325℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表2。
113.对比例2
114.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：1.0％、zr：0.2％、sc：0.1％、si：0.3％、mn：0.1％、fe：0.2％、ti：0.2％，余量为al。
115.本对比例铝合金粉末的制备方法：
116.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.7mpa，熔炼温度为780℃；
117.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为6mpa；
118.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为35μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
119.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
120.利用本对比例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
121.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为325℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表2。
122.对比例3
123.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：3.0％、zr：1.8％、sc：0.1％、si：0.3％、mn：0.5％、fe：0.05％、ti：0.05％，余量为al。
124.本对比例铝合金粉末的制备方法：
125.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
126.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
127.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为33μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
128.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
129.利用本对比例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为100w，激光扫描速度为1400mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
130.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为325℃，保温时间为
4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
131.对比例4
132.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：3.0％、zr：1.8％、sc：0.1％、si：0.3％、mn：0.5％、fe：0.05％、ti：0.05％，余量为al。
133.本对比例铝合金粉末的制备方法：
134.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
135.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
136.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为33μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
137.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
138.利用本对比例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
139.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为200℃，保温时间为14h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
140.对比例5
141.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：3.0％、zr：1.8％、sc：0.1％、si：0.3％、mn：0.5％、fe：0.05％、ti：0.05％，余量为al。
142.本对比例铝合金粉末的制备方法：
143.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
144.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
145.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为33μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
146.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
147.利用本对比例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为300w，激光扫描速度为800mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
148.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为400℃，保温时间为4h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表1。
149.对比例6
150.3d打印铝镁合金粉末的化学成分为(质量分数，下同)：mg：3.7％、zr：1.4％、sc：0.1％、si：0.01％、mn：0.01％、fe：0.01％、ti：0.01％，余量为al。
151.上述铝合金粉末制备方法：
152.(1)原料熔炼：各元素按比例称取纯金属块原料置入真空感应炉加热熔炼；真空感应炉内气压为0.8mpa，熔炼温度为850℃；
153.(2)雾化制粉：将上述熔炼后的预合金金属转入雾化罐内，利用氩气进行雾化制粉；雾化气压为7mpa；
154.(3)粉末筛分：粉末筛分：对上述预合金金属粉进行过目筛分处理，得到平均粒径为36μm的金属粉末，粒径范围为15μm～53μm。
155.(4)保温干燥：将上述筛分后的粉末置入干燥箱内，保温时间12小时，干燥温度为100℃。
156.利用本实施例铝合金粉末进行3d打印：打印参数为，激光功率为250w，激光扫描速度为500mm/s，扫描间距为0.1mm，层间厚度为0.05mm。
157.将3d打印后的零部件经过时效处理，处理参数为，保温温度为275℃，保温时间为6h。其拉伸强度、断裂延伸率、显微硬度具体数据见表2。
158.实验1
159.分别对以上实施例和对比例3d打印零部件进行室温力学性能检测(gb/t228.1-2010)，结果见下表1和表2。其中，实施例1和2中3d打印后的零部件(经过时效处理)的力学性能参见图5，实施例5中3d打印后的零部件(经过时效处理)的力学性能参见图6。
160.表1实施例合金力学性能
161.实施例拉伸强度(mpa)延伸率(％)硬度(hv
0.2
)140026151245021159338521141437921136538022148
162.表2对比例合金力学性能
163.对比例拉伸强度(mpa)延伸率(％)硬度(hv
0.2
)124415107229111120328512108427714109536515132634513124
164.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
技术特征：1.一种3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，其中的合金元素以质量百分比为：mg：3.5～6.0％、zr：1.0～2.0％、sc：0.1～0.25％、si：0.01～0.3％、mn：0.01～0.5％、fe：0.01～0.06％、ti：0.01～0.1％，杂质总含量不超过0.1％，余量为al。2.根据权利要求1所述的3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，所述合金中mg的质量分数为4～4.5％；和/或，所述合金中zr的质量分数为1.2～1.8％；和/或，所述合金中sc的质量分数为0.15～0.2％；和/或，所述合金中si的质量分数为0.05～0.2％；和/或，所述合金中mn的质量分数为0.02～0.4％；和/或，所述合金中fe的质量分数为0.02～0.05％；和/或，所述合金中ti的质量分数为0.02～0.09％；和/或，所述3d打印铝镁合金粉末中，sc、zr质量分数之和为1.8～2.5％，或2～2.5％。3.根据权利要求1或2所述的3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，所述3d打印铝镁合金粉末含有al3(sc,zr)第二相。4.根据权利要求1-3任一项所述的3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，所述3d打印铝镁合金粉末中的合金元素在所述的含量范围内，若每降低0.1％的sc元素，应相应增加0.8％的zr元素。5.根据权利要求1-4任一项所述的3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，所述3d打印铝镁合金粉末中，若sc、zr质量分数之和≤2.0％时，调整si的质量分数为0.1～0.3％，mn的质量分数为0.3～0.5％，ti的质量分数为0.05～0.1％，fe的质量分数为0.02～0.06％。6.根据权利要求1-5任一项所述的3d打印铝镁合金粉末，其特征在于，所述3d打印铝镁合金粉末的粒度范围为15～53μm；和/或，所述3d打印铝镁合金粉末的平均粒径为27-36μm。7.权利要求1-6任一项所述3d打印铝镁合金粉末的制备方法，其特征在于，包括：(1)原料熔炼：按配方将所有元素的纯金属块在真空条件下加热熔炼；优选气压为0.8～0.9mpa，优选熔炼温度为800～900℃；(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；雾化气压优选为6～9mpa；(3)粉末筛分：步骤(2)制备的预合金金属粉进行过目筛分处理，得到预合金粉末；优选预合金粉末的平均粒径为30μm，粉末粒径范围为15～53μm；(4)保温干燥：将步骤(3)筛分后的粉末干燥；优选干燥的温度为100-120℃，干燥时间优选为4-12h。8.权利要求1-6任一项所述3d打印铝镁合金粉末的应用；可选地，包括将所述3d打印铝镁合金粉末直接用于3d打印；可选地，所述3d打印为激光粉床打印；可选地，所述3d打印的参数包括：激光扫描功率为200～400w；激光扫描速度为300～1200mm/s；扫描间距为0.1mm；层间厚度为0.05mm。9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述应用还包括将3d打印后的零部件经过
时效处理后的到最终产品；其中，可选地，所述时效处理的参数包括：时效温度为250～375℃，保温时间为2～6h，升温速度为10～20℃/min，空冷。10.一种铝合金，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述3d打印铝镁合金粉末制得；可选地，采用权利要求8或9中所述的3d打印方法进行制备；可选地，所述铝合金的抗拉强度≥360mpa，平均硬度≥138hv
0.2
，延伸率≥20％。
技术总结本发明公开了一种3D打印铝镁合金粉末及其制备方法与应用，属于增材制造3D打印材料设计技术领域。所述3D打印铝镁合金粉末中的合金元素以质量百分比为：Mg：3.5～6.0％、Zr：1.0～2.0％、Sc：0.1～0.25％、Si：0.01～0.3％、Mn：0.01～0.5％、Fe：0.01～0.06％、Ti：0.01～0.1％，杂质总含量不超过0.1％，余量为Al。本发明铝合金制备工艺简单，生产成本低，可适用于大规模生产，可广泛应用为航空航天、轨道交通、远洋湖泊等轻量化零部件。远洋湖泊等轻量化零部件。远洋湖泊等轻量化零部件。
技术研发人员：祝弘滨 王敏卜 折洁 李瑞迪 王行涛 李明高 赵明元 龚明
受保护的技术使用者：中车工业研究院有限公司
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
