[發明專利]一種金屬3D打印制備空心玻璃微珠增強鋁基復合材料的方法

在審

• 申請號: 201910275987.0
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN111850355A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 胡萬謙;李振民;孟慶宇;劉干;王聯波
• 申請（專利權）人: 江西寶航新材料有限公司
• 主分類號: C22C21/02
• 分類號: C22C21/02;C22C21/00;C22C32/00;C22C1/05;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/10
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本發明涉及一種金屬3D打印制備空心玻璃微珠增強鋁基復合材料的方法，所述復合材料由下述配比的物質組成：質量分數為5～30％的空心玻璃微珠，余量為鋁合金。所述的復合材料采用3D打印方法制備，打印所用復合粉末經粒度分級、預處理、配料、混粉、烘粉制得。本發明的復合材料具有較小的密度、較高的比剛度、比強度、低的熱膨脹系數、優良的尺寸穩定性，可以適應輕量化進程起到減重的作用，此外空心增強相的添加使得材料最終成形后呈現一種多孔結構，從而提高材料的隔音降噪、抗沖擊的能力，使材料可以應用于某些對材料的功能特性有特殊要求的用途。

技術領域

本發明涉及一種金屬3D打印制備空心玻璃微珠增強鋁復合材料的方法，屬于金屬基復合材料及3D打印材料制備領域。

背景技術

相較于鋁合金而言，鋁基復合材料由于增強相的加入，具有更高的比強度、比剛度和彈性模量以及更低的熱膨脹系數，耐摩擦性能也有較大的提升。鋁基復合材料根據增強體的特性、含量、分布可以達到很多的優良特性，空心玻璃微珠密度小，導熱系數低，抗壓強度高，可以減輕材料重量，消除材料內應力確保尺寸穩定性，抗沖擊，隔音隔熱，在航空航天、船舶、軍事等領域有著廣泛的應用前景，并逐步向民用領域如汽車行業擴展。

隨著航空航天、汽車工業的發展，輕質高強的材料越來越受到人們的重視，如何在不大幅度降低材料性能的基礎上減少材料的密度，實現材料的減重，是如今材料開發者迫切需要解決的問題。本發明對原材料的選擇和復合材料的成形方式進行改進。首先選擇空心玻璃微珠作為增強相顆粒，不僅降低了材料的密度，實現了材料的減重，而且材料內部的空心結構還起到了抗沖擊、抗壓的作用；其次采用3D打印的方式對復合粉末成形，無需機械加工或任何模具，極大地縮短產品的研制周期，提高生產率和降低生產成本，也提高了原料的利用率，節省了后期加工的時間和成本。

空心玻璃微珠的密度和體積分數對最終打印成形的鋁基復合材料有著直接的影響，如何調節空心玻璃微珠增強相的體分和密度，并找到與之相匹配的打印工藝，是本發明將要闡述的內容。

CN 01141912公開了一種空心微珠/鋁基復合材料的制備工藝。此發明的空心微珠/鋁基復合材料的制造工藝是通過對煤灰粉進行分級、除鐵、除碳等處理而獲得的球形率在95％以上的空心微珠，在對其進行敏化、活化、化學鍍、烘干等處理而獲得潤濕性良好的空心微珠，再把純鋁熔化，并在攪拌的條件下加入處理后的空心微珠，在快速冷卻條件下獲得優良的澆注空心微珠/鋁基復合材料。這種復合材料的特點是：彈性模量高、密度低、耐磨性好、硬度高、生產成本低。

CN201310611099公開了一種含有Al₂O₃空心球的鎂基多孔復合材料的制備方法，它涉及鎂基多孔復合材料的制備方法。它要解決現有鎂基多孔復合材料制備過程中存在的方法復雜、成本高的問題。該專利提供了兩種制備方法，第一種方法是Al₂O₃空心球裝填、預熱、澆注、加壓浸滲、保壓冷卻、脫模；第二種方法是不同粒徑Al₂O₃空心球混合后裝填、預熱、澆注、加壓浸滲、保壓冷卻、脫模。本發明的含有Al₂O₃空心球的鎂基多孔復合材料，是由鎂或鎂合金浸滲 Al₂O₃空心球預制塊之間的間隙中制備而成，具備了顆粒增強金屬基復材料和多孔鎂基材料的共同特征，而且Al₂O₃空心球體尺寸可調整，多孔結構的可設計性很強。

CN201710225271公開了一種空心氧化鋁球/碳化硅增強鋁基復合材料的制備方法，是通過采用空心氧化鋁球和不同尺寸微米級碳化硅為增強體，在保證力學性能和低膨脹系數的前提下降低復合材料整體密度。采用空心氧化鋁球的目的在于既使用的氧化鋁陶瓷強度高的特點，又因為其空心結構，可以最大限度降低整體材料的密度，另外，氧化鋁與鋁的界面活化能較低，添加碳化硅顆粒后，能夠增強復合界面活化能，從而復合材料力學性能更加優越。通過不同顆粒尺寸配比，能夠最大限度提高增強體的體積分數，從而提高復合材料力學強度，使鋁的韌性和增強體的剛性達到最佳配比。