[發(fā)明專利]一種3D打印的納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合粉末及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010638935.8
• 申請(qǐng)日: 2020-07-08
• 公開（公告）號(hào): CN111961926A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁魯豪;顧冬冬;王瑞琪;戴冬華;宋英杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京思銳迪科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C21/02
• 分類號(hào): C22C21/02;C22C32/00;B22F9/04;B22F1/00;B22F1/02;B82Y30/00;B33Y70/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及金屬3D打印領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印的納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合粉末及其制備方法，結(jié)合高能球磨與低能球磨，制備鋁合金包覆的納米TiC顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合粉末，該鋁基復(fù)合粉末適用于SLM成形高性能鋁合金構(gòu)件。通過本方法制備的納米復(fù)合材料粉末，其納米顆粒分布均勻，化學(xué)成分一致，流動(dòng)性好，松裝密度高，具有優(yōu)異的金屬/陶瓷潤濕能力以及界面結(jié)合強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種綜合性能優(yōu)異的3D打印鋁基復(fù)合材料。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬3D打印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種3D打印的納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合粉末及其制備方法及其制備方法。

背景技術(shù)

3D打印技術(shù)也被稱為增材制造技術(shù)，是根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的三維CAD模型將材料直接成形以制造實(shí)體零件的技術(shù)，與傳統(tǒng)的“減材制造”技術(shù)不同，它無需刀具、模具、夾具等工具，采用“自下而上”的逐層疊加的制造方法，成形精度高。近來增材制造技術(shù)迅速發(fā)展，受到了全球?qū)W術(shù)界和工業(yè)界廣泛關(guān)注，僅需一臺(tái)成形設(shè)備即可以生產(chǎn)出各種具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件，真正實(shí)現(xiàn)了個(gè)性化和自由化生產(chǎn)，大幅地簡(jiǎn)化了成形過程，減少了加工周期，實(shí)現(xiàn)了凈成形加工理念，可能是航空航天、國防工業(yè)、汽車及醫(yī)療等領(lǐng)域的顛覆性技術(shù)。激光增材制造技術(shù)是一種典型的金屬增材制造技術(shù)，是機(jī)械成形加工領(lǐng)域發(fā)展的新方向，其使用高能激光束作為能量源，將粉末等金屬原材料熔化，然后逐層疊加，固化成致密的實(shí)體，目前常用的材料有Fe基合金、Ni基合金、Ti基合金、Al基合金。

近年來隨著工業(yè)的發(fā)展，單一材料已無法滿足人們對(duì)材料性能越來越嚴(yán)苛的需求，復(fù)合材料應(yīng)運(yùn)而生，納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料由于其密度低、比強(qiáng)度高、耐磨性好、熱膨脹系數(shù)低等優(yōu)異的性能受到了人們的青睞。使用3D打印成形鋁基復(fù)合材料具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，一方面可以直接一體化成形復(fù)雜的零件簡(jiǎn)化了加工工藝，另一方面金屬3D打印中的高冷卻速度可以顯著細(xì)化金屬構(gòu)件的晶粒尺寸，提高材料的綜合性能。粉末制備及其特性對(duì)于金屬3D打印成形過程及成形質(zhì)量均有顯著的影響，對(duì)于3D打印成形納米陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料，一般首先需要將納米陶瓷增強(qiáng)顆粒與鋁合金粉末均勻混合，然后使用高能激光束將粉末熔化成形。目前制備陶瓷顆粒增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合粉末的方法一般是使用低能球磨直接將增強(qiáng)顆粒與金屬基體均勻混合，但是外加陶瓷顆粒由于其與鋁基體的物性差異導(dǎo)致潤濕性較差，界面結(jié)合弱，限制了增強(qiáng)相的含量，在成形過程中容易產(chǎn)生缺陷，強(qiáng)化效果有限；此外納米陶瓷顆粒的巨大比表面積使得其在范德華力的作用下極其容易團(tuán)聚，導(dǎo)致成形后的復(fù)合材料分布不均，組織均勻性差，影響材料性能。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種3D打印的納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合粉末的制備方法，可以有效提高增強(qiáng)相與基體的潤濕性并保持增強(qiáng)相均勻分布，滿足3D打印高性能納米顆粒增強(qiáng)鋁基納米復(fù)合材料構(gòu)件的需求。

為了達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：首先通過高能球磨將鋁合金充分包覆在納米TiC陶瓷顆粒上，然后通過低能球磨將該粉末與鋁合金均勻混合，得到金屬包覆的納米顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料粉末。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體步驟如下：

步驟一、采用純度為99.9％，顆粒尺寸為18-45μm的球形AlSi10Mg粉末以及純度為99.9％，顆粒尺寸為60-100nm的不規(guī)則TiC陶瓷粉末；

步驟二、將AlSi10Mg和TiC按4:1的質(zhì)量比稱取，混合后置入高能球磨機(jī)中長(zhǎng)時(shí)間高能球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為300rpm/min，時(shí)間設(shè)置為10-15h，磨球選為不銹鋼球，球料比選為10:1，高能球磨后陶瓷顆粒充分分布在鋁合金粉末內(nèi)部，并細(xì)化鋁合金粉末，獲得鋁合金包覆的納米TiC陶瓷顆粒；

步驟三、將上述鋁合金包覆的TiC陶瓷顆粒與AlSi10Mg粉末按1:4的質(zhì)量比混合，則納米TiC顆粒的總質(zhì)量百分比為5wt.％，隨后放入行星式球磨機(jī)中低能球磨，球磨機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)置為200rpm，時(shí)間設(shè)置為4h，磨球選為陶瓷球，球料比選為2:1，低能球磨后鋁合金包覆的納米TiC陶瓷顆粒與AlSi10Mg粉末均勻分散；