一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3DP制备工艺

一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺
技术领域
1.本发明涉及镁合金增材制造技术领域，具体涉及一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺。


背景技术：

2.随着装备制造业的快速发展，轻量化的需求越来越高，镁合金作为最轻的商用结构材料，需要的领域越来越多。但是，随着进一步的轻量化要求，需要大量的整体结构部件，这些整体结构部件形状复杂，尺寸大，采用常规制造工艺难以制备。同时，由于镁合金自身的缺陷，其变形能力差、强度低和那腐蚀性差的缺点，使得其应用收到极大的限制。
3.现有增材制造技术因其不受成形件外形的约束，为镁合金复杂件的成形制造提供了新的技术解决途径，极大拓宽了镁合金的应用范围和发展空间。目前，具有复杂形状的镁合金部件的制备技术普遍采用压铸工艺来制造，这种制备工艺的需要后续的进一步加工，工序繁琐，通过压铸工艺获得镁合金铸件，在通过其他设备对镁合金铸件的结构进行打磨，这类对镁合金铸件结构进行打磨的设备结构复杂并且价格昂贵。同时，对于一些特别复杂形状的部件，容易导致冲型不完整，并且最终导致无法得到所需要的部件。这便导致复杂形状的镁合金制品加工困难、制造成本高、生产效率低，大大限制了镁合金的应用范围。
4.目前，采用增材制造的镁合金产品，由于其无法达到完全的致密状态，所以其强度通常低于铸态镁合金。除此之外，镁合金材料另一个致命问题就是不耐腐蚀，目前通常做法是在镁合金表面进行镀膜或是添加耐腐蚀的第二相来提高镁合金的耐腐蚀能力。但是表面镀膜后，由于长期使用，膜层会被磨损，导致腐蚀依然会发生。而在铸造工艺中添加第二相，常常会发生偏析等想象，造成最终产品成分不均匀，并最终导致性能下降，无法满足使用需求。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺，以解决现有技术制造复杂结构镁合金制品难度大、成本高、生产效率低的问题，同时提高镁合金的力学强度和耐腐蚀能力。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺，包括以下步骤：1）将镁合金粉末、陶瓷粉末和碳化物粉末按比例混合均匀；2）将需要打印的制品形状导入计算机控制系统中，步骤1）得到的混合粉末和胶水在3d打印机中通过交替喷涂成型的方式打印得到所需要形状的坯料；3）对步骤2）得到的坯料进行干燥后，在保护气氛或真空中进行300℃~450℃脱脂烧结；4）将步骤3）得到的坯料在保护气氛或真空中进行高温580℃~660℃烧结后冷却至室温。
7.本发明还提供一种高强度耐腐蚀镁合金材料，采用本发明所述提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺制备，包括以下百分质量的成分：陶瓷粉末或碳化物粉末0.1wt%~20wt%，余量为镁合金粉末。
8.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明采用胶水粘接打印成型后再烧结的增材制造工艺，不仅可有效解决复杂形状加工困难，并保持减重优势，而且拥有制造成本低、生产效率高、应用范围广等优点，还可实现大尺寸形状复杂的镁合金工件制造的可行性，另外，这种工艺可以将其他第二种材料任意比例混合在镁合金粉末中，不会出现偏析等铸造问题，最终产品成分较为均匀。同时这种工艺可以将不同的材料混合后一起致密化，使形状复杂的镁合金制品仍然能保持较高的强度和较好的耐腐蚀性。
附图说明
9.图1不同碳化硅含量样品sem图片，其中，（1a）为实施例1，（1b）为实施2，（1c）为实施例3，（1d）为实施例4。
10.图2不同氧化铝含量样品sem图片，其中，（2a）为实施例1，（2b）为实施2，（2c）为实施例3，（2d）为实施例4。
11.图3不同碳化硅含量样品腐蚀速率。
12.图4不同氧化铝含量样品腐蚀速率。
13.图5不同碳化硅含量样品力学性能。
14.图6不同氧化铝含量样品力学性能。
具体实施方式
15.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
16.一、一种提高镁合金强度和耐腐蚀性能的3dp制备工艺1）将镁合金粉末、陶瓷粉末和碳化物粉末按比例混合均匀。
17.2）将需要打印的制品形状导入计算机控制系统中，步骤1）得到的混合粉末和胶水在3d打印机中通过交替喷涂成型的方式打印得到所需要形状的坯料。所述步骤2）中，将步骤1）得到的混合粉末装入3d打印机中的金属料筒中，将胶水装入3d打印机中的胶水料筒中，所述交替喷涂包括如下步骤：先在粉床上均匀铺满一层合金粉末，在该层合金粉末上喷涂一层胶水，在再该胶水层上喷涂一层合金粉末，再喷涂一层胶水，交替喷涂合金粉和胶水，得到所述坯料。所述胶水为水基型低分子醇胶水。
18.3）对步骤2）得到的坯料进行干燥后，在保护气氛或真空中进行300℃~450℃脱脂烧结。所述步骤3）中，坯料在空气中进行60℃~120℃干燥2h~6h。所述步骤3）中，干燥后的坯料在保护气氛或真空中进行300℃~450℃脱脂烧结1h~6h。
19.4）将步骤3）得到的坯料在保护气氛或真空中进行高温580℃~660℃烧结后冷却至室温。所述步骤4）中，坯料在保护气氛或真空中进行580℃~660℃烧结5~70h。所述保护气为惰性气体。
20.二、一种高强度耐腐蚀镁合金材料所述高强度耐腐蚀镁合金材料，采用本发明所述提高镁合金强度和耐腐蚀性能的
3dp制备工艺制备，包括以下百分质量的成分：陶瓷粉末或碳化物粉末0.1wt%~20wt%，余量为镁合金粉末。其中，所述陶瓷粉末为氧化铝陶瓷。所述碳化物粉末为碳化硅。所述氧化铝陶瓷中氧化铝的含量在75wt%以上。镁合金为az91d型镁合金。
21.根据表1所述原料配比进行备料，采用本发明所述方法制备实施例1~5。
22.表1实施例sic含量al2o3含量az91d含量实施例11wt%
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余量实施例23wt%
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余量实施例35wt%
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余量实施例410wt%
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余量实施例5
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1wt%余量实施例6
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3wt%余量实施例7
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5wt%余量实施例8
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10wt%余量表2实施例抗压强度mpa腐蚀速率mm/年25℃实施例136385实施例238951实施例342092实施例4332224实施例535982实施例638056实施例7288158实施例8190366结合图1~2与表1、2可以看出，随着陶瓷粉末或碳化物粉末用量的增加，样品中的孔隙数量出现了明显的提升，而样品的腐蚀率则出现了先减小后增加的趋势，这是由于当陶瓷粉末或碳化物粉末用量较少时，样品中孔隙数量较少，第二相可以有效阻隔腐蚀介质和镁基体的接触，使得腐蚀速率降低；随着陶瓷粉末或碳化物粉末用量的增加，样品中的孔隙数量增加，腐蚀介质和镁基体又重新发生接触，使得样品的腐蚀速率逐渐增加。抗压强度则随着陶瓷粉末或碳化物粉末用量的增加出现了抛物线式的变化，当添加量较少时，样品中的孔隙数量少，样品更为致密，添加的第二相能够阻碍裂纹的扩展，有效提高样品的抗压强度；当添加量过多时，样品中的孔洞增加，裂纹优先通过这些孔洞进行扩展，导致了样品的力学强度逐渐降低。因此，本发明采用胶水粘接打印成型后再烧结的增材制造工艺，不仅可有效解决复杂形状加工困难，并保持减重优势，而且拥有制造成本低、生产效率高、应用范围广等优点，还可实现大尺寸形状复杂的镁合金工件制造的可行性，另外，这种工艺可以将其他第二种材料任意比例混合在镁合金粉末中，不会出现偏析等铸造问题，最终产品成分较为均匀。同时这种工艺可以将不同的材料混合后一起致密化，使形状复杂的镁合金制品仍然能保持较高的强度和较好的耐腐蚀性。
23.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方
案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。