本发明涉及一种用于3d打印的铝合金粉及其制备方法，属于铝合金技术领域。
背景技术
3d打印是一种增材制造技术，被誉为“第三次工业革命”。目前最为普及的方式是粉末床激光选区熔覆(sls)，所使用的金属粉末材料有fe、ni、cu、ti、al等。由于al密度小，熔点低，耐蚀性好，导电导热性好等优点，无疑是应用最广泛的金属之一，其也是增材制造研究的热点。但3d打印的al粉发展缓慢，目前商业化的铝合金粉末主要有alsi10mg、alsi12两种，由于强度不高(σb＝300mpa)，在航空航天轨道交通上应用受到制约，而该领域是3d打印金属发展最快的行业，以及最有可能商业化的领域之一。3d打印alsi10mg粉制造采用非真空熔炼，n2气喷雾法生产，氧含量高达1000ppm以上，对粉末的打印烧结过程造成影响，难以获得高性能的al材。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是，3d打印用的铝合金粉种类较少，强度不高，难以获得高性能的铝合金材料。
本发明的技术方案是，提供一种用于3d打印的铝合金粉，按质量百分含量，该铝合金粉的成分为：
mg4.5～5％；mn0.3～0.7％；re0.3～0.8％；zr0.2～0.4％；余量为al以及不可避免的杂质；其中re为稀土元素。
优选地，re选自er、yb、y、sc、tb、ce、sm中的一种或多种。
优选地，按质量百分含量，mn0.3～0.6％。
优选地，按质量百分含量，zr0.25～0.4％。
优选地，不可避免的杂质包括fe和si，其中按质量百分含量，fe＜0.1％，si＜0.1％。
本发明还提供上述铝合金粉的制备方法，包括以下步骤：
(1)以纯铝、纯镁、al-re中间合金、al-zr中间合金、al-mn中间合金为原料进行配料；
(2)在保护气氛下，将经过配料后的原料加热熔化成金属液；加热升温程序为：先升温至750-800℃，保温10-40分钟，然后升温至800-950℃；
(3)将熔化得到的金属液进行雾化制粉，经分级后得到粒径d50为15-53μm的铝合金粉。
优选地，所述雾化为气体雾化。
优选地，步骤(1)中，纯铝、纯镁的纯度均大于99％。
优选地，步骤(2)中，保护气氛为氩气。
优选地，步骤(2)中，将经过配料后的原料放入真空熔炼喷粉装备坩埚中，加热，抽真空至真空度5×10-1pa时，充入氩气至绝对压力为0.07mpa，再加热升温使原料熔化。
本发明的有益效果是：(1)采用真空熔炼，氩气(ar)喷雾制粉，避免了氧化及n2气与re在高温下的反应。(2)雾化制粉后粉末含氧量＜300ppm，粉末分选工序后粉末的含氧量＜500ppm。(3)铝镁合金成分中，引入稀土及锆元素，细化晶粒，同时产生al3(rezr)析出强化，抗拉强度达到σb＝450mpa以上；性能优于alsi10mg，打印成型性好。(4)雾化工艺保证，粒度15-53μm占比40～60％，收得率高。
附图说明
图1表示雾化制粉粒度分布图。
图2表示雾化粉末微观形貌图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
除特别说明外，本发明的百分数均为质量百分数。铝合金的成分采用本领域的通用表达，例如al-4.5mg-0.3mn-0.3sc-0.3zr的铝合金成分为：4.5％mg、0.3％mn，0.3％sc、0.3％zr、余量为铝。
实施例1
1、在真空炉中，熔炼成分为al-4.5mg-0.3mn-0.3sc-0.3zr，控制fe＜0.1，si＜0.1的合金锭，原材料选用纯al，纯mg，al-2％sc，al-4％zr，al-20％mn。
2、将步骤1的合金锭放入真空雾化设备中，抽真空至5×10-1pa时，充ar气至0.07mpa。加热熔化金属，温度750-800℃时，保温20分钟后。升温雾化，将溶液倒入雾化漏包中，打开雾化气阀，雾化温度850℃。
3、采用ar气作为雾化气体，控制雾化器压强为1.5mpa。熔液通过导流管注入雾化室进行雾化。液体被粉碎成球形颗粒，冷却后对粉末收集。
4、将步骤3收集的粉末进行充有n2气保护的气流分收机进行分级，获得适合3d打印(sls)的粉末。粒径分布为15-53um，氧含量420ppm，粉末收得率45％。
5、将步骤4制备的al合金粉，采用sls选区激光打印机进行打印，打印的样品经热处理后，加工成试片。按照gb/t228-2010标准进行力学性能检测，抗拉强度σb＝480mpa，屈服强度σ0.2＝430mpa，延伸率δ＝10％。
实施例2
1、在真空炉中，熔炼成分为al-5mg-0.5mn-0.8sc-0.4zr，控制fe＜0.1，si＜0.1的合金锭，原材料选用纯al，纯mg，al-2％sc，al-4％zr，al-20％mn。
2、将步骤1的合金锭放入真空雾化设备中，抽真空至5×10-1pa时，充ar气至0.07mpa。加热熔化金属，温度750-800℃时，保温30分钟后。升温雾化，将溶液倒入雾化漏包中，打开雾化气阀，雾化温度850℃。
3、采用ar气作为雾化气体，控制雾化器压强为2mpa。熔液通过导流管注入雾化室进行雾化。液体被粉碎成球形颗粒，冷却后对粉末收集。
4、将步骤3收集的粉末进行充有n2气保护的气流分收机进行分级，获得适合3d打印(sls)的粉末。粒径分布为15-53um，氧含量450ppm，粉末收得率50％。
其粒度分布图见图1，d10＝7.66μm，d50＝24.05μm，d90＝49.08微米；微观图片见图2，颗粒的球形度很好。
5、将步骤4制备的al合金粉，采用sls选区激光打印机进行打印，打印的样品经热处理后，加工成试片。按照gb/t228-2010标准进行力学性能检测，抗拉强度σb＝500mpa，σ0.2＝460mpa，δ＝9％。
实施例3
1、在真空炉中，熔炼成分为al-4.7mg-0.6mn-0.78er-0.25zr，控制fe＜0.1，si＜0.1的合金锭，原材料选用纯al，纯mg，al-2％sc，al-4％zr，al-20％mn。
2、将步骤1的合金锭放入真空雾化设备中，抽真空至5×10-1pa时，充ar气至0.07mpa。加热熔化金属，温度800℃时，保温25分钟后。升温雾化，将溶液倒入雾化漏包中，打开雾化气阀，雾化温度950℃。
3、采用ar气作为雾化气体，控制雾化器压强为4mpa。熔液通过导流管注入雾化室进行雾化。液体被粉碎成球形颗粒，冷却后对粉末收集。
4、将步骤3收集的粉末进行充有n2气保护的气流分收机进行分级，获得适合3d打印(sls)的粉末。粒径分布为15-53um，氧含量500ppm，粉末收得率50％。
5、将步骤4制备的al合金粉，采用sls选区激光打印机进行打印，打印的样品经热处理后，加工成试片。按照gb/t228-2010标准进行力学性能检测，抗拉强度σb＝470mpa，σ0.2＝420mpa，δ＝11％。
实施例4
1、在真空炉中，熔炼成分为al-4.8mg-0.4mn-0.72y-0.35zr，控制fe＜0.1，si＜0.1的合金锭，原材料选用纯al，纯mg，al-2％sc，al-4％zr，al-20％mn。
2、将步骤1合金锭放入真空雾化设备中，抽真空至5×10-1pa时，充ar气至0.07mpa。加热熔化金属，温度800℃时，保温40分钟后。升温雾化，将溶液倒入雾化漏包中，打开雾化气阀，雾化温度900℃。
3、采用ar气作为雾化气体，控制雾化器压强为3mpa。熔液通过导流管注入雾化室进行雾化。液体被粉碎成球形颗粒，冷却后对粉末收集。
4、将步骤3收集的粉末进行充有n2气保护的气流分收机进行分级，获得适合3d打印(sls)的粉末。粒径分布为15-53um，氧含量480ppm，粉末收得率60％。
5、将步骤4制备的al合金粉，采用sls选区激光打印机进行打印，打印的样品经热处理后，加工成试片。按照gb/t228-2010标准进行力学性能检测，抗拉强度σb＝450mpa，σ0.2＝400mpa，δ＝12％。
对比例1
1、在真空炉中，熔炼成分为al-0.5mg-10si，控制fe＜0.1，的合金锭，原材料选用纯al，纯mg，al-si中间合金。
2、将步骤1的合金锭放入真空雾化设备中，抽真空至5×10-1pa时，充ar气至0.07mpa。加热熔化金属，温度800℃时，保温40分钟后。升温雾化，将溶液倒入雾化漏包中，打开雾化气阀，雾化温度820℃。
3、采用氮气作为雾化气体，控制雾化器压强为2.2mpa。熔液通过导流管注入雾化室进行雾化。液体被粉碎成球形颗粒，冷却后对粉末收集。
4、将步骤3收集的粉末进行充有n2气保护的气流分收机进行分级，获得适合3d打印(sls)的粉末。粒径分布为15-53um，氧含量1000ppm，粉末收得率50％。
5、将步骤4制备的al合金粉，采用sls选区激光打印机进行打印，打印的样品经热处理后，加工成试片。按照gb/t228-2010标准进行力学性能检测，抗拉强度σb＝300mpa，σ0.2＝210mpa，δ＝9％。