一種用于3d打印的稀土鎂合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于3D打印材料的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于3D打印的稀土鎂合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]3D打印是快速成形技術(shù)的一種，它運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)一層又一層的多層打印方式，最終直接打印出產(chǎn)品，形成“數(shù)字化制造”。最早的3D打印技術(shù)始于上個(gè)世紀(jì)八十年代的美國(guó)，但是由于材料和機(jī)器極其昂貴，3D打印機(jī)并沒(méi)有大范圍的商用。最初，3D打印常僅用于模具制造、工業(yè)設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，后逐漸用于航空航天、汽車(chē)和醫(yī)療等領(lǐng)域。
[0003]由于鎂合金具有輕量化、高強(qiáng)度、耐壓性、散熱佳、易于鑄造和成型，因此正在逐漸取代塑膠材料，成為市場(chǎng)中的高級(jí)材料。將鎂合金和3D打印技術(shù)結(jié)合起來(lái)服務(wù)金屬制造工業(yè)，可以推動(dòng)制造業(yè)向低成本、短周期、高效率方向發(fā)展。3D打印金屬粉末一般要求純凈度高、球形讀好、粒徑分布窄、含氧量低。用于3D打印的金屬原材料較為特殊，必須能夠液化、粉末化，同時(shí)在打印過(guò)程中又能重新粘結(jié)起來(lái)，并具有滿(mǎn)足需求的物理和化學(xué)性質(zhì)。
[0004]目前用于3D打印的金屬粉末主要有鈦合金、鈷鉻合金、不銹鋼和鋁合金材料等，鎂合金因?yàn)槠浠瘜W(xué)性質(zhì)活潑和易燃性，粉末制備困難，還處在試驗(yàn)階段，未廣泛應(yīng)用到3D打印領(lǐng)域中。目前常用的制備鎂合金粉末的方法是球磨法。但球磨法因?yàn)楹哪芨撸自黾与s質(zhì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種用于3D打印稀土鎂合金材料的制備方法。本發(fā)明采用霧化法制備稀土鎂合金粉末，制備的粉末燃點(diǎn)高、形貌、粒徑易于控制，制備過(guò)程無(wú)雜質(zhì)添加，彌補(bǔ)了球磨法的不足。
[0006]本發(fā)明的另一目的在于提供由上述制備方法制備得到的用于3D打印稀土鎂合金材料。
[0007]本發(fā)明的再一目的在于提供上述用于3D打印稀土鎂合金材料的應(yīng)用。
[0008]一種用于3D打印稀土鎂合金材料的制備方法，具體包括以下步驟:
[0009](I)配料
[0010]按組成元素的質(zhì)量比為Mg:Mn:RE = 85?97:2?10:1?5稱(chēng)取原料；所述的原料包括鎂合金、純鎂、錳、Mg-RE中間合金和純稀土元素；
[0011]⑵熔煉
[0012]將步驟(I)稱(chēng)取的純鎂、錳和鎂合金放入預(yù)熱的坩禍中，加入覆蓋劑，在大氣條件下熔煉，熔煉的溫度為400?600°C ;待純鎂、錳和鎂合金全部化清后，加入Mg-RE中間合金和純稀土元素；待純稀土元素和Mg-RE中間合金全部溶化后，攪拌熔液至均勻，繼續(xù)升溫至700?750°C ;加入精煉劑，精煉2?25min，再于700?750°C靜置5?25min，撇去浮渣，倒入砂型槽，得到稀土鎂合金母材；
[0013](3)霧化法制備稀土鎂合金材料
[0014]將稀土鎂合金母材放入預(yù)熱的坩禍中，在真空條件下于450?550°C熔煉15?30min,得到稀土鎂合金液體；將稀土鎂合金液體過(guò)熱100?20(TC，然后置于霧化裝置進(jìn)行霧化，得到稀土鎂合金粉末；將稀土鎂合金粉末收集、篩分、合批包裝，得到用于3D打印的稀土鎂合金材料。
[0015]步驟(I)中所述鎂合金為MBl (國(guó)內(nèi)牌號(hào))、MB2(國(guó)內(nèi)牌號(hào))、MB3(國(guó)內(nèi)牌號(hào))、MB8(國(guó)內(nèi)牌號(hào))或ZM5(國(guó)內(nèi)牌號(hào))中的一種以上；優(yōu)選MB1。
[0016]步驟⑴中所述Mg-RE中間合金中稀土元素的含量不為零；所述Mg-RE中間合金為MB8 (國(guó)內(nèi)牌號(hào))；所述RE即稀土元素為Y、Ce、Nd或Gd中的一種以上；優(yōu)選Y、Ce或Nd。
[0017]步驟⑴中所述純稀土元素為Y、Ce、Nd或Gd中的一種以上；優(yōu)選Y、Ce或Nd。
[0018]步驟(2)中所述坩禍預(yù)熱的溫度為400?550 °C。
[0019]步驟(2)中所述覆蓋劑用量為步驟(I)中所述原料(純鎂、錳、鎂合金、Mg-RE中間合金和純稀土元素)總重量的I?2% ;通常以熔液表面的覆蓋嚴(yán)密程度來(lái)確定，熔液表面應(yīng)保持有2.5?10毫米的覆蓋層。
[0020]步驟⑵中所述精煉劑用量為步驟⑴中所述原料(純鎂、錳、鎂合金、Mg-RE中間合金和純稀土元素)總重量的2?3%。
[0021]步驟(3)中所述坩禍預(yù)熱的溫度為:400?500°C。
[0022]步驟(3)中所述霧化用氬氣壓力為0.5?3.5MPa;氬氣的反充壓力為0.1?0.5MPa0
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0024](I)本發(fā)明制備的微米級(jí)稀土鎂合金材料具有優(yōu)異阻燃性能，粒徑呈正態(tài)分布、組織晶粒細(xì)小、霧化過(guò)程中與空氣無(wú)接觸，含氧低、可用于激光3D打??；并且該稀土鎂合金材料可通過(guò)調(diào)節(jié)物化參數(shù)控制粉末形貌、粒徑分布；
[0025](2)本發(fā)明采用熔煉和霧化的方法制備了稀土鎂合金材料，熔煉保證了鎂基合金的成分組成，霧化滿(mǎn)足了 3D打印對(duì)金屬粉末的要求；
[0026](3)本發(fā)明制備的稀土鎂合金材料燃點(diǎn)提高到950°C，可在無(wú)保護(hù)氣條件下進(jìn)行熔煉，解決了霧化法制備鎂合金粉末易燃的問(wèn)題。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0028]實(shí)施例1
[0029](I)原料:按照元素的質(zhì)量比為Mg:Mn:Y = 85:10:5稱(chēng)取4337g的鎂合金MBl (Mn的平均含量:1.9%，Mg為余量)、413g的純錳、250g的純稀土元素Y共5Kg ；
[0030](2)將坩禍在電阻爐中預(yù)熱至400°C，將步驟(I)中稱(chēng)取的純錳和鎂合金MBl倒入坩禍中，同時(shí)在坩禍中撒入步驟(I)中所述原料總重量的1%的覆蓋劑RJ-2(徐州市飛翔鋁業(yè)有限公司)，在大氣條件下于500°C熔煉，待純錳和鎂合金MBl全部化清后，加入純稀土元素Y，待純稀土元素Y全部溶化后，攪拌熔液至均勻，繼續(xù)升溫至700°C，加入步驟(I)中所述原料中重量的2%精煉劑FX-MJ(飛翔鋁業(yè)有限公司)，精煉10分鐘，最后保持溫度在700°C，靜置15分鐘，撇去浮渣，倒入砂型槽，成為稀土鎂合金母材；
[0031](3)霧化法制備稀土鎂合金材料
[0032]采用傳統(tǒng)常用的霧化系統(tǒng)裝置制備稀土鎂合金材料，步驟如下:
[0033]將稀土鎂合金母材放入已經(jīng)預(yù)熱的坩禍中(坩禍的預(yù)熱溫度為400°C )，在真空條件下于450°C熔煉25分鐘，然后控制過(guò)熱度為100°C，得到稀土鎂合金液體；將稀土鎂合金液體傾倒入霧化室的漏斗中，進(jìn)行霧化，得到稀土鎂合金粉末；將稀土鎂合金粉末經(jīng)收集、篩分、合批包裝工序，得到用于3D打印的稀土鎂合金材料；所述霧化氬氣壓力為0.5MPa ;氬氣的反充壓力為0.1Mpa0
[0034]通過(guò)上述方法制備的用于3D打印的稀土鎂合金材料，其燃點(diǎn)為850°C，粒徑范圍在I?30 μ m，呈正態(tài)分布，形貌為球形，可用于激光3D打印。
[0035]實(shí)施例2
[0036](I)原料:按照元素的質(zhì)量比為Mg:Mn:Nd = 90:7:3稱(chēng)取4592g鎂合金MBl、258g純錳、150g純Nd共5Kg ；