CN106756290A - 一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，涉及一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法。其特征在于，制备的步骤如下：超音速气体雾化和超声波振动筛分。本发明利用国产设备条件提供了一种适用于3D打印的AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法。该方法所制备的粉末具有过程污染小、纯度高、氧含量低、粒度控制精确和成本低等优点，不仅可以满足3D打印工艺的要求，而且可以实现对进口粉末的替代。
Description
技术领域
本发明属于金属及合金粉末制备技术领域，涉及一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法。
背景技术
激光选区熔化成形技术(Selective Laser Melting，SLM)是目前一种比较成熟、已实现商业化应用的3D打印技术(Additive Manufacturing，AM)。该技术是以超细金属粉末为原材料、利用3D CAD数模和专用激光束能设备自动控制、层层铺粉和熔化，制造零(部)件的先进工艺。该技术可用来直接成形中空、薄壁、形状复杂、点阵拓扑结构的零(部)件。激光选区熔化成形技术的熔化扫描速度通常达到500mm/s～2000mm/s，单层粉末厚度20μm～100μm，扫描熔化深度(间距)～170μm。粉末熔化后的冷却速率通常达到104K/s～105K/s。为保证制件的力学性能，要求采用超细合金粉末。
目前AlSi10Mg铝合金超细粉在3D打印领域已广泛应用，但国内3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉均依赖进口。通过检索，并未发现关于3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉制备方法及相应工艺参数的公开文献。因此，本发明针对3D打印对AlSi10Mg铝合金超细粉的要求，利用自主研发的国产真空雾化炉、超声波振动筛分机，通过开展一系列的试验和过程控制研究，摸索了3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法及其工艺参数，实现了该粉末的制备。通过3D打印试验，验证了采用该方法制备的AlSi10Mg铝合金超细粉能够满足3D打印工艺要求，从而解决了进口粉末成本高、采购周期长等问题。
发明内容
本发明的目的是：利用国产设备条件，提供一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法。该方法制备的AlSi10Mg铝合金超细粉不仅可以满足3D打印工艺的要求，而且相比进口粉末具有成本低的特点，可以实现对进口粉末的替代。
本发明的技术方案是：一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法，所制备的AlSi10Mg铝合金超细粉各成分的重量百分比为：Si：9％～11％；Mg：0.25％～0.45％；Al：余量；杂质元素含量为：O：≤0.12％；Fe：≤0.55％；Ti：≤0.15％；Zn：≤0.10％；Cu：≤0.05％；Ni：≤0.05％；Mn：≤0.45％；Pb：≤0.05％；Sn：≤0.05％；其特征在于，制备的步骤如下：
1、超音速气体雾化：采用精铝锭、原生镁锭、铝硅中间合金锭配制炉料，利用真空雾化炉实现合金熔液雾化，雾化温度为740℃～820℃，雾化压力为1MPa～3MPa，得到AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉；
2、超声波振动筛分：利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。选用不锈钢筛网的规格为250目、270目、300目、325目和500目。筛分时对筛网施加超声波振动，筛分后得到AlSi10Mg铝合金超细粉。
本发明的优点是：利用国产设备条件，提供了一种适用于3D打印的AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法。该方法所制备的粉末具有过程污染小、纯度高、氧含量低、粒度控制精确和成本低等优点，可以满足3D打印工艺的要求。
附图说明
图1是本发明制备的AlSi10Mg铝合金超细粉的扫描电子显微镜下观察的形貌(500X)。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法，所制备的AlSi10Mg铝合金超细粉各成分的重量百分比为：Si：9％～11％；Mg：0.25％～0.45％；Al：余量；杂质元素含量为：O：≤0.12％；Fe：≤0.55％；Ti：≤0.15％；Zn：≤0.10％；Cu：≤0.05％；Ni：≤0.05％；Mn：≤0.45％；Pb：≤0.05％；Sn：≤0.05％；其特征在于，制备的步骤如下：
1、超音速气体雾化：按配料成分，采用精铝锭、原生镁锭、铝硅中间合金锭配制炉料。利用真空雾化炉，在先抽真空并加以高纯度氮气保护的气氛中对炉料进行熔炼。熔炼充分后，利用高纯度氮气进行合金熔液雾化。雾化温度为740℃～820℃，雾化压力为1MPa～3MPa。从而得到AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉。
2、超声波振动筛分：利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。根据用户对粉末粒度的要求，采用相应规格的标准不锈钢筛网进行筛分。通常选用250目、270目、300目或325目与500目不锈钢筛网搭配成筛网组。这种筛网组由两种不同规格的筛网按照“自下而上依网孔尺寸由小到大”的顺序组装而成。通过对筛网面施加90～100Hz超声波振动，最终获得“大网孔尺寸筛网的筛下物、小网孔尺寸筛网的筛上物”为3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉。
实施例1
按配料成分，采用精铝锭(纯度≥99.99％)、原生镁锭(纯度≥99.95％)和AlSi12A中间合金锭(Si含量为12％)配制炉料。利用真空雾化炉，在先抽真空并加以高纯度氮气保护的气氛中对炉料进行熔炼。熔炼充分后，利用高纯度氮气进行合金熔液雾化。雾化温度为800℃，雾化压力为2.5MPa。从而获得AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉。
雾化完成后，利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。根据用户对粉末粒度的要求，选用300目和500目不锈钢筛网，按照500目筛网在下、300目筛网在上的顺序安装筛网。在99.9Hz频率的超声波振动下，将雾化粉末过筛，获得-300目+500目规格的AlSi10Mg铝合金超细粉。
根据HB 6731规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中Si、Mg、Fe、Ti、Zn、Cu、Ni、Mn、Pb、Sn元素含量，根据GB/T 5158.4规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中的O含量；利用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪检测AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度。
表1为AlSi10Mg粉末的化学成分实测结果，表2为AlSi10Mg粉末的粒度实测结果。
表1 AlSi10Mg铝合金超细粉的化学成分
表2 AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度
| 牌号 | d(0.1)/μm | d(0.5)/μm | d(0.9)/μm |
| AlSi10Mg | 17.010 | 31.387 | 52.331 |
实施例2
按配料成分，采用精铝锭(纯度≥99.99％)、原生镁锭(纯度≥99.95％)和AlSi12A中间合金锭(Si含量为12％)配制炉料。利用真空雾化炉，在先抽真空并加以高纯度氮气保护的气氛中对炉料进行熔炼。熔炼充分后，利用高纯度氮气进行合金熔液雾化。雾化温度为740℃，雾化压力为1.5MPa。从而获得AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉。
雾化完成后，利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。根据用户对粉末粒度的要求，选用250目和500目不锈钢筛网，按照500目筛网在下、250目筛网在上的顺序安装筛网。在90Hz频率的超声波振动下，将雾化粉末过筛，获得-250目+500目规格的AlSi10Mg铝合金超细粉。
根据HB 6731规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中Si、Mg、Fe、Ti、Zn、Cu、Ni、Mn、Pb、Sn元素含量，根据GB/T 5158.4规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中的O含量；利用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪检测AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度。
表3为AlSi10Mg粉末的化学成分实测结果，表4为AlSi10Mg粉末的粒度实测结果。
表3 AlSi10Mg铝合金超细粉的化学成分
表4 AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度
| 牌号 | d(0.1)/μm | d(0.5)/μm | d(0.9)/μm |
| AlSi10Mg | 21.270 | 38.924 | 66.275 |
实施例3
按配料成分，采用精铝锭(纯度≥99.99％)、原生镁锭(纯度≥99.95％)和AlSi12A中间合金锭(Si含量为12％)配制炉料。利用真空雾化炉，在先抽真空并加以高纯度氮气保护的气氛中对炉料进行熔炼。熔炼充分后，利用高纯度氮气进行合金熔液雾化。雾化温度为820℃，雾化压力为3.0MPa。从而获得AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉。
雾化完成后，利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。根据用户对粉末粒度的要求，选用270目和500目不锈钢筛网，按照500目筛网在下、270目筛网在上的顺序安装筛网。在99Hz频率的超声波振动下，将雾化粉末过筛，获得-270目+500目规格的AlSi10Mg铝合金超细粉。
根据HB 6731规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中Si、Mg、Fe、Ti、Zn、Cu、Ni、Mn、Pb、Sn元素含量，根据GB/T 5158.4规定的方法测定AlSi10Mg铝合金超细粉中的O含量；利用Mastersizer 2000型激光粒度分析仪检测AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度。
表5为AlSi10Mg粉末的化学成分实测结果，表6为AlSi10Mg粉末的粒度实测结果。
表5 AlSi10Mg铝合金超细粉的化学成分
表6 AlSi10Mg铝合金超细粉的粒度
| 牌号 | d(0.1)/μm | d(0.5)/μm | d(0.9)/μm |
| AlSi10Mg | 17.197 | 33.997 | 59.480 |
Claims (1)
1.一种3D打印用AlSi10Mg铝合金超细粉的制备方法，所制备的AlSi10Mg铝合金超细粉各成分的重量百分比为：Si：9％～11％；Mg：0.25％～0.45％；Al：余量；杂质元素含量为：O：≤0.12％；Fe：≤0.55％；Ti：≤0.15％；Zn：≤0.10％；Cu：≤0.05％；Ni：≤0.05％；Mn：≤0.45％；Pb：≤0.05％；Sn：≤0.05％；其特征在于，制备的步骤如下：
1.1、超音速气体雾化：采用精铝锭、原生镁锭、铝硅中间合金锭配制炉料，利用真空雾化炉实现合金熔液雾化，雾化温度为740℃～820℃，雾化压力为1MPa～3MPa，得到AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉；
1.2、超声波振动筛分：利用超声波振动筛分设备对AlSi10Mg铝合金超细粉的雾化原粉进行筛分。选用不锈钢筛网的规格为250目、270目、300目、325目和500目。筛分时对筛网施加超声波振动，筛分后得到AlSi10Mg铝合金超细粉。
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