[發明專利]一種激光增材制造用鋁基復合材料粉末及其制備方法

在審

• 申請號: 201810096855.7
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108372292A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 吳一;陳哲;廉清;陳東;王浩偉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F9/08;C22C21/06;C22C32/00;B33Y70/00
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 莊文莉

本發明提供了一種激光增材制造用鋁基復合材料粉末的制備方法，以純鋁、Al?Zr中間合金、Al?Sc中間合金、Al?Mn中間合金、Al?Ti中間合金、工業純Mg、KBF₄以及K₂TiF₆為原料，采用原位熔體自生控制的方法制備了原位TiB₂微納米顆粒增強Al?Mg復合材料，通過高溫氣霧化方法制備TiB₂顆粒增強鋁基復合材料粉末。所述粉末顆粒的中值粒徑在3～180μm可控，球形率＞90％，粉體收得率≥60％，激光吸收率≥45％。納米級TiB₂顆粒均勻彌散分布于鋁合金基體中，復合材料晶粒組織為均勻細小的等軸晶。本發明方法制備的鋁基復合材料粉末具備良好的激光吸收率，適用于激光增材制造技術，且用于激光增材制造時表現出良好的力學性能。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體地，涉及一種激光增材制造用鋁基復合材料粉末及其制備方法。

背景技術

隨著現代科學技術的發展，以航空航天、兵器制造等高尖端領域為代表的制造業前沿對材料性能和制備技術提出了越來越苛刻的要求：結構材料除了具有高的比剛度和比模量，也要具備高強度高塑性。高端裝備，例如大型飛機，對大型、精密、復雜整體輕質高強韌合金構件提出了越來越迫切的需求，以滿足其在高性能、高可靠性、高經濟性和高環保性方面的要求。激光增材制造技術可以有效兼顧復雜形狀和高性能金屬構件快速制造，正在受到解決航空航天制造領域的青睞和關注。

目前商業化的預合金化粉末主要是通過霧化法或旋轉電極法制備的，然而受制于激光吸收率等關鍵技術指標的限制，目前可供使用的合金粉末種類有限。特別是在鋁合金激光增材制造領域，由于鋁合金激光吸收率較低，目前適合用于激光增材制造的合金粉末僅有Al-Si體系，極大的限制了鋁基材料在激光增材制造技術領域的應用。目前，利用該類商業化粉末已經制備出較高尺寸精度的零部件，并在航空航天，汽車，醫療等領域獲得了一些應用。例如康明斯巴西、巴西大學理工學院以及加拿大的安大略技術學院最近聯合開發的激光增材制造的柴油發動機支架，不僅通過拓撲優化提高了柴油機支架的作用，還為風扇驅動皮帶輪提供了錨點。這個零件設計的突出優點是重量最小化、性能改進并降低了燃油成本。但是激光增材制造制備的零件通常具有較高的殘余應力及微米級別的裂紋及孔洞等缺陷，進而導致材料疲勞強度、塑性和韌性降低。因而零件生產成品率低、可靠性不足且成本高居不下。因此傳統的商業化合金粉末不能完全滿足高性能零部件的制造。

發明內容

針對上述材料體系限制及改進需求，本發明的目的是提出一種激光增材制造用鋁基復合材料粉末及其制備方法，更進一步地，提出一種激光增材制造用5XXX系原位鋁基復合材料粉末及其制備方法，制備出了能同時具備高激光吸收率，顆粒球形率高的鋁基復合材料粉末，且工藝操作簡單易行，低成本高效率，適合進行批量生產。

本發明的一種激光增材制造用5XXX系原位鋁基復合材料粉末的制備方法中，通過原位自生熔體控制的方法，制備出的TiB₂顆粒增強Al-Mg合金復合熔體，再利用自主設計的氣霧化設備，實現對原位自生TiB₂顆粒增強Al-Mg復合材料的粉末制備，進而得到均勻彌散分布的微納米TiB₂顆粒和細小等軸的基體晶粒組織，制備出了高激光吸收率的TiB₂增強Al-Mg復合材料粉末。

同時，由于不同系列的鋁合金成分差別較大，因此它們的熔煉工藝、氣霧化條件以及制備得到的粉末形態和性能均不相同，本申請專門針對5XXX系列。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

第一方面，本發明提供一種激光增材制造用鋁基復合材料粉末，所述鋁基復合材料粉末包括基體合金和分布在所述基體合金中的增強相；

所述基體合金包括如下質量分數的各元素組分：Mg 1％～8％；Zr 0.05％～3％、Sc0.05％～3％、Mn 0.05％～2％和Ti 0.01％～1％中的至少一種元素組分；Al為余量；