[發明專利]原位自生納米Al2

有效

• 申請號: 202011047107.3
• 申請日: 2020-09-29
• 公開（公告）號: CN112176213B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 陳穎;宋世前;朱上;余圣甫;史玉升;吳甲民
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: C22C1/05
• 分類號: C22C1/05;C22C21/04;C22C32/00;B22F3/105;B33Y10/00;B33Y70/10
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發明公開了一種原位自生納米Al₂O₃增強鋁基復合材料的激光增材制造方法，該方法包括以下步驟：(1)將ZnO陶瓷粉體和AlSi10Mg鋁合金粉體混合并球磨得到ZnO/AlSi10Mg復合粉體；(2)對復合粉體采用激光選區熔化工藝進行增材制造成形，形成實體片層；(3)對實體片層進行激光再次掃描形成重熔片層；(4)重復步驟(2)、(3)，最終成形得到原位自生納米Al₂O₃增強鋁基復合材料。本發明利用激光激發Al與ZnO使它們之間發生鋁熱反應原位生成Al₂O₃陶瓷顆粒，并通過對方法整體流程工藝設計進行改進，將激光選區熔化與激光重熔掃描相配合，制得的鋁基復合材料致密度高、微觀組織細小，原位自生的Al₂O₃顆粒尺寸為納米級、分布均勻且其相界面與鋁基體結合良好。

技術領域

本發明屬于鋁基復合材料制備技術領域，更具體地，涉及一種原位自生納米Al₂O₃增強鋁基復合材料的激光增材制造方法。

背景技術

鋁基復合材料是以顆粒、纖維或晶須等為增強相，以鋁或鋁合金為基體，通過特定工藝復合而成的一種先進材料。鋁基復合材料既具有鋁基體的良好耐磨性、易加工性、低密度等特點，又兼具增強相的高硬度、低膨脹系數、耐高溫穩定性等優勢。鋁基復合材料由于具備優異的綜合性能，已成為航空航天、軌道交通等領域最佳候選材料之一。傳統制備鋁基復合材料的方法眾多，主要包括粉末冶金法、攪拌鑄造法、噴射沉積法、壓力鑄滲法等。然而，采用傳統方法制備鋁基復合材料時依然存在諸多問題，主要體現在：(1)增強相因其尺寸小、比表面高，容易發生團聚，在鋁基體中難以實現均勻分布；(2)鋁基體與增強相之間的潤濕性往往較差，加上增強相表面容易受污染，會進一步惡化潤濕性；(3)制備鋁基復合材料的高溫條件，容易造成鋁基體與增強相發生有害反應。可見，鋁基復合材料制備技術是影響其迅速發展和廣泛應用的瓶頸問題。

激光選區熔化技術具備高精度、凈成形和高性能制造等優點，被認為是增材制造領域發展最快和最具潛力的技術之一。激光選區熔化技術在用于制備鋁基復合材料方面具有顯著優勢：(1)激光熔池內存在的強烈對流場可起到攪拌作用，有助于增強相在鋁基體中的均勻分布；(2)對流場也可促進增強相與鋁基體充分接觸，提高增強相與鋁基體之間的潤濕性；(3) 成形時經歷了快速加熱和冷卻過程，鋁基體保持熔融態的時間較短，可有效避免鋁基體與增強相發生有害反應。因此，激光選區熔化技術可解決鋁基復合材料制備過程中的瓶頸問題。

在激光選區熔化成形的鋁基復合材料中，增強相主要包括Al₂O₃、TiC、 TiB₂、SiC等，增強相的引入可分為直接外加和原位自生兩種方式。直接外加方式是指直接從外界將增強相添加到鋁基體中，而原位自生方式是指通過化學反應在鋁基體中原位自生增強相。當前，激光選區熔化成形的鋁基復合材料多采用直接外加方式添加增強相，較少采用原位自生方式，原因在于采用直接外加方式可以將不同尺寸、形貌和含量的增強相靈活地引入鋁基體中，而采用原位自生方式還存在著反應過程難以控制，易形成粗大有害相，反應釋放的熱量導致熔體不穩定，難以均勻鋪展，成形的材料致密度低等問題。但是，采取直接外加方式引入增強相時，容易導致增強相分布不均勻，發生團聚現象，與基體之間的界面結合性差。相較于直接外加方式，采用原位自生方式生成增強相時，由于增強相直接在基體形核長大，避免了增強相與基體之間的界面污染，增強相分布均勻且界面結合良好，從而更有效地提升材料的性能。因此，采用原位自生方式將是激光選區熔化成形鋁基復合材料的重點發展方向之一。

發明內容