[发明专利]一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料，其特征在于，所述铝基纳米复合材料是由铝基纳米复合粉末经SLM成形获得；所述铝基纳米复合粉末包括陶瓷相、稀土相和铝基体相，其中，粉末中稀土相含量在0.3-0.8wt％，陶瓷相含量在4-6wt％，其余为铝基体相；SLM成形工艺参数为：激光功率在100-130W之间，扫描间距为50μm以及铺粉层厚为30μm；有效体能量密度控制在288-398.65J/mm³；其中，有效体能量密度为ω_eff，

其中P为激光功率，υ是扫描速度，s是扫描间距，h为铺粉层厚，η_eff为有效激光吸收率，

η_eff＝B(A*η₁*ζ₁+η₂*ζ₂)；

其中ζ₁表示铝基体相的比表面积分数和ζ₂表示陶瓷相的比表面积分数，η₁代表铝基体相的激光吸收率和η₂代表陶瓷相的激光吸收率，以及A表示添加的稀土相对铝基体相激光吸收率的修正系数，取1.04，B为整体吸收率的一个修正系数，取0.92。

2.根据权利要求1所述的一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料，其特征在于，所述稀土相为La、Nd、Sm或Y，平均粒径范围为10-15μm。

3.根据权利要求1所述的一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料，其特征在于，所述的陶瓷相为TiC或SiC，平均粒径范围在10-30nm，纯度在99.9％以上。

4.根据权利要求1所述的一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料，其特征在于，所述的铝基体相为亚共晶铝硅合金，其中硅的质量分数在6.8-10.5wt％，其他杂质含量控制在0.1wt％以下，其余均为Al成分，平均粒径范围在15-30μm。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括机械高能球磨制备铝基纳米复合粉末阶段和铝基纳米复合粉的SLM成形固化两个阶段：

(i)机械高能球磨制备铝基纳米复合粉末阶段：将稀土相和铝基体相进行配比混合，得到混合粉末a；将混合粉末a置于球磨机中，对球磨罐进行连续抽真空并用氩气将残余空气排尽，之后向罐中通入氩气，气压控制在0.5MPa；对混合粉末a进行间歇式球磨，得到复合粉末b；秤取陶瓷相粉末与复合粉末b混合进行二次间歇式球磨，最终得到铝基纳米复合粉末；

(ii)铝基纳米复合粉末的SLM成形：

(1)在计算机中利用CAD软件构建三维实体几何模形并通过路径规划软件进行分层切片，每层设定30μm；

(2)在成形腔体内铺放成形铝基板，并在粉料缸中倒入已制备好的铝基纳米复合粉末，密封腔体同时开启循环除气净化系统；

(3)建立加工任务，并设定铺粉厚度为30μm，粉料每层供应为60μm；

(4)成形过程中铺粉装置首先在粉床上均匀铺置一层厚度在30μm铝基纳米复合粉末，随后激光束根据计算机模形的分层路径优化数据，对已铺置的粉层进行逐行扫描，形成二维平面；每层扫描完毕后，成形缸下降一个粉层高度，铺粉缸则上升一个粉层高度再度铺粉，激光束根据几何模形信息进行下一层的扫描，直至最终完整的实体被成形加工完毕，得到铝基纳米复合材料。

6.根据权利要求5所述的一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述间歇式球磨采用的为行星式高能球磨机，球磨介质为陶瓷球，球磨罐采用陶瓷罐体，球磨过程中的球料比为10：1，球磨转速在250-350r/min，球磨时间则控制在4-8h，同时每球磨15min，冷却10min。

7.根据权利要求5一种基于SLM成形的铝基纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述SLM成形是在高纯氩气保护气氛环境中进行的，成形过程中维持在正压0.9-1.2atm。