一种用于3d打印的稀土镁合金材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于3D打印材料的技术领域，具体涉及一种用于3D打印的稀土镁合金材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]3D打印是快速成形技术的一种，它运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过一层又一层的多层打印方式，最终直接打印出产品，形成“数字化制造”。最早的3D打印技术始于上个世纪八十年代的美国，但是由于材料和机器极其昂贵，3D打印机并没有大范围的商用。最初，3D打印常仅用于模具制造、工业设计等领域，后逐渐用于航空航天、汽车和医疗等领域。
[0003]由于镁合金具有轻量化、高强度、耐压性、散热佳、易于铸造和成型，因此正在逐渐取代塑胶材料，成为市场中的高级材料。将镁合金和3D打印技术结合起来服务金属制造工业，可以推动制造业向低成本、短周期、高效率方向发展。3D打印金属粉末一般要求纯净度高、球形读好、粒径分布窄、含氧量低。用于3D打印的金属原材料较为特殊，必须能够液化、粉末化，同时在打印过程中又能重新粘结起来，并具有满足需求的物理和化学性质。
[0004]目前用于3D打印的金属粉末主要有钛合金、钴铬合金、不锈钢和铝合金材料等，镁合金因为其化学性质活泼和易燃性，粉末制备困难，还处在试验阶段，未广泛应用到3D打印领域中。目前常用的制备镁合金粉末的方法是球磨法。但球磨法因为耗能高，易增加杂质。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的在于提供一种用于3D打印稀土镁合金材料的制备方法。本发明采用雾化法制备稀土镁合金粉末，制备的粉末燃点高、形貌、粒径易于控制，制备过程无杂质添加，弥补了球磨法的不足。
[0006]本发明的另一目的在于提供由上述制备方法制备得到的用于3D打印稀土镁合金材料。
[0007]本发明的再一目的在于提供上述用于3D打印稀土镁合金材料的应用。
[0008]一种用于3D打印稀土镁合金材料的制备方法，具体包括以下步骤:
[0009](I)配料
[0010]按组成元素的质量比为Mg:Mn:RE = 85?97:2?10:1?5称取原料；所述的原料包括镁合金、纯镁、锰、Mg-RE中间合金和纯稀土元素；
[0011]⑵熔炼
[0012]将步骤(I)称取的纯镁、锰和镁合金放入预热的坩祸中，加入覆盖剂，在大气条件下熔炼，熔炼的温度为400?600°C ;待纯镁、锰和镁合金全部化清后，加入Mg-RE中间合金和纯稀土元素；待纯稀土元素和Mg-RE中间合金全部溶化后，搅拌熔液至均匀，继续升温至700?750°C ;加入精炼剂，精炼2?25min，再于700?750°C静置5?25min，撇去浮渣，倒入砂型槽，得到稀土镁合金母材；
[0013](3)雾化法制备稀土镁合金材料
[0014]将稀土镁合金母材放入预热的坩祸中，在真空条件下于450?550°C熔炼15?30min,得到稀土镁合金液体；将稀土镁合金液体过热100?20(TC，然后置于雾化装置进行雾化，得到稀土镁合金粉末；将稀土镁合金粉末收集、筛分、合批包装，得到用于3D打印的稀土镁合金材料。
[0015]步骤(I)中所述镁合金为MBl (国内牌号)、MB2(国内牌号)、MB3(国内牌号)、MB8(国内牌号)或ZM5(国内牌号)中的一种以上；优选MB1。
[0016]步骤⑴中所述Mg-RE中间合金中稀土元素的含量不为零；所述Mg-RE中间合金为MB8 (国内牌号)；所述RE即稀土元素为Y、Ce、Nd或Gd中的一种以上；优选Y、Ce或Nd。
[0017]步骤⑴中所述纯稀土元素为Y、Ce、Nd或Gd中的一种以上；优选Y、Ce或Nd。
[0018]步骤(2)中所述坩祸预热的温度为400?550 °C。
[0019]步骤(2)中所述覆盖剂用量为步骤(I)中所述原料(纯镁、锰、镁合金、Mg-RE中间合金和纯稀土元素)总重量的I?2% ;通常以熔液表面的覆盖严密程度来确定，熔液表面应保持有2.5?10毫米的覆盖层。
[0020]步骤⑵中所述精炼剂用量为步骤⑴中所述原料(纯镁、锰、镁合金、Mg-RE中间合金和纯稀土元素)总重量的2?3%。
[0021]步骤(3)中所述坩祸预热的温度为:400?500°C。
[0022]步骤(3)中所述雾化用氩气压力为0.5?3.5MPa;氩气的反充压力为0.1?0.5MPa0
[0023]与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果:
[0024](I)本发明制备的微米级稀土镁合金材料具有优异阻燃性能，粒径呈正态分布、组织晶粒细小、雾化过程中与空气无接触，含氧低、可用于激光3D打印；并且该稀土镁合金材料可通过调节物化参数控制粉末形貌、粒径分布；
[0025](2)本发明采用熔炼和雾化的方法制备了稀土镁合金材料，熔炼保证了镁基合金的成分组成，雾化满足了 3D打印对金属粉末的要求；
[0026](3)本发明制备的稀土镁合金材料燃点提高到950°C，可在无保护气条件下进行熔炼，解决了雾化法制备镁合金粉末易燃的问题。
【具体实施方式】
[0027]下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0028]实施例1
[0029](I)原料:按照元素的质量比为Mg:Mn:Y = 85:10:5称取4337g的镁合金MBl (Mn的平均含量:1.9%，Mg为余量)、413g的纯锰、250g的纯稀土元素Y共5Kg ；
[0030](2)将坩祸在电阻炉中预热至400°C，将步骤(I)中称取的纯锰和镁合金MBl倒入坩祸中，同时在坩祸中撒入步骤(I)中所述原料总重量的1%的覆盖剂RJ-2(徐州市飞翔铝业有限公司)，在大气条件下于500°C熔炼，待纯锰和镁合金MBl全部化清后，加入纯稀土元素Y，待纯稀土元素Y全部溶化后，搅拌熔液至均匀，继续升温至700°C，加入步骤(I)中所述原料中重量的2%精炼剂FX-MJ(飞翔铝业有限公司)，精炼10分钟，最后保持温度在700°C，静置15分钟，撇去浮渣，倒入砂型槽，成为稀土镁合金母材；
[0031](3)雾化法制备稀土镁合金材料
[0032]采用传统常用的雾化系统装置制备稀土镁合金材料，步骤如下:
[0033]将稀土镁合金母材放入已经预热的坩祸中(坩祸的预热温度为400°C )，在真空条件下于450°C熔炼25分钟，然后控制过热度为100°C，得到稀土镁合金液体；将稀土镁合金液体倾倒入雾化室的漏斗中，进行雾化，得到稀土镁合金粉末；将稀土镁合金粉末经收集、筛分、合批包装工序，得到用于3D打印的稀土镁合金材料；所述雾化氩气压力为0.5MPa ;氩气的反充压力为0.1Mpa0
[0034]通过上述方法制备的用于3D打印的稀土镁合金材料，其燃点为850°C，粒径范围在I?30 μ m，呈正态分布，形貌为球形，可用于激光3D打印。
[0035]实施例2
[0036](I)原料:按照元素的质量比为Mg:Mn:Nd = 90:7:3称取4592g镁合金MBl、258g纯锰、150g纯Nd共5Kg ；