[發明專利]一種溶膠包覆法制備激光3D打印用復合粉末的方法

有效

• 申請號: 202010945029.2
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN112024872B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 張曉偉;易俊超;劉洪喜;蔣業華
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: B22F1/02
• 分類號: B22F1/02;B33Y70/10
• 代理公司: 天津煜博知識產權代理事務所(普通合伙) 12246
• 代理人: 朱維

本發明涉及一種溶膠包覆法制備激光3D打印用復合粉末的方法，屬于復合粉末制備技術領域。本發明通過溶膠?凝膠法以二氧化鈦前驅體和水解抑制劑在去離子水中反應得到TiO₂溶膠，將TiO₂溶膠均勻包覆在B粉表面制備成TiO₂@B包覆型復合粉末，再將TiO₂@B包覆型復合粉末與鋁合金粉末進行真空球磨處理即得激光3D打印用復合粉末。本發明方法制備的粉末材料，用于激光3D打印工藝時，TiO₂與B可在AlSi10Mg合金熔體中充分接觸并反應，原位生成TiB₂及B₂O₃陶瓷增強體；不僅可以提高鋁合金粉末對激光的利用率，有利于復合材料綜合性能的提高，而且在粉末制備過程中不產生對環境造成污染的物質。

技術領域

本發明涉及一種溶膠包覆法制備激光3D打印用復合粉末的方法，屬于復合粉末制備技術領域。

背景技術

陶瓷增強鋁基復合材料結合了金屬基體出色的比強度和比剛度，陶瓷相優異的高溫力學性能和耐磨損性能，在航空航天、汽車制造及核能裝備等領域得到了廣泛的工業應用。隨著服役工況日趨復雜，對結構件性能和效率要求也更為嚴苛，結構材料必須同時滿足多種性能要求，傳統復合材料的生產應用在一定程度上受限。

現有技術中陶瓷顆粒選自難熔金屬硼化物、碳化物、氮化物、硅化物和硫化物，通過粉末冶金技術制備出多種增強體混合增強的金屬基復合材料，并且陶瓷顆粒在復合增強材料的金屬基體中原位形成。也可通過在霧化制粉過程中引入多種納米增強顆粒，如Al₂O₃、SiC、TiB₂、BN、AlN、SiO₂、ZrB₂、ZrO₂中兩種或以上的組合，使霧化制粉與納米顆粒增強同步完成，且基體與納米顆粒為冶金結合，實現了對多相增強鋁基復合材料粉末的制備。對于激光增材制造而言，原位合成法仍局限于生成單一陶瓷相，針對雙相復合材料的制備，則多采用外加方法。由于外加陶瓷相與金屬基體較高的相界面錯配度和難以避免的應力集中，導致后處理成本大大增加，不利于雙相復合材料的快速制備。

此外，采用傳統的熔鑄結合霧化制備TiB₂增強鋁基復合材料粉末的方法，其主要原理是，利用混合氟鹽(KBF₄+K₂TiF₆)反應法，在鋁熔體中原位自生出TiB₂增強相，制得TiB₂增強鋁基復合材料鑄坯，然后將鑄坯以霧化法制備出TiB₂增強鋁基復合材料粉末。這一方法在制備過程中由于KBF₄在高溫時分解或見水蒸氣迅速水解，生成大量劇毒煙霧造成環境污染。此外，該法制備的鋁基復合材料，其中的增強相尺寸往往較大且易團聚，不利于復合材料綜合性能的提高。

發明內容

本發明針對現有技術中激光增材制造復合材料雙增強相無法同時合成，以及現有TiB₂增強鋁基復合材料粉末制備方法所存在的問題，提供一種溶膠包覆法制備激光3D打印用復合粉末的方法，本發明通過溶膠-凝膠法以二氧化鈦前驅體和水解抑制劑在去離子水中反應得到TiO₂溶膠，將TiO₂溶膠均勻包覆在B粉表面制備成TiO₂@B包覆型復合粉末，再將TiO₂@B包覆型復合粉末與鋁合金粉末進行真空球磨處理即得激光3D打印用復合粉末。本發明方法制備的粉末材料，用于激光增材制造工藝時，TiO₂與B可在AlSi10Mg合金熔體中充分接觸并反應，原位生成TiB₂及B₂O₃陶瓷增強體；不僅可以提高鋁合金粉末對激光的利用率，有利于復合材料綜合性能的提高，而且在粉末制備過程中不產生對環境造成污染的物質。

一種溶膠包覆法制備激光3D打印用復合粉末的方法，具體步驟如下：