[发明专利]一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。本发明所述铝铜锰多孔复合材料的制备方法以铝铜锰合金粉末与纳米金属氧化物为原料，经3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料；所得铝铜锰多孔复合材料具有无热裂纹且高强度的特性；本发明所述方法得到的铝铜锰多孔复合材料的孔隙率为1～30％；其显微硬度为60～80HV。

技术领域

本发明属于无机材料领域，涉及一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

铝铜锰合金比重轻、抗氧化、硬度高、机械加工性能好，可以作为轻型高强结构材料，常用于制造各种轻型高负载零件和结构件，广泛应用于汽车、船舶、航天航空领域等民用及军工领域。

CN105568093A公开了一种用于锂电池外壳的铝铜锰合金及其制备方法。所述合金包含：1.1wt％-1.8wt％的Cu；1.0wt％-1.6wt％的Mn；0.6wt％-1.0wt％的Mg；0.3wt％-0.5wt％的Fe；0.2wt％-0.5wt％的Ce或0.2wt％-0.3wt％的CeLa；小于0.04wt％的Si；余量为铝和不可避免的杂质；所述铝铜锰合金的制备方法包括如下步骤：(A)将所述合金制成冷轧合金带材；(B)将所述冷轧合金带材进行老化热处理，从而获得所述铝铜锰合金板材，此方案所述制备方法存在着加工流程长，模具复杂等问题。

CN106636772A公开了一种铝合金复合材料及其制备方法，所述铝合金复合材料包括以下组分，铝70-85份、铜2.5-3份、锰0.4-0.8份、镁1.0-1.5份、钛3.0-5.0份；所述铝合金复合材料的制备过程包括将各组分熔炼后，得到所述铝合金复合材料，此方案所述方法存在着产品易出现力学性能差及缩松，偏析等铸造缺陷。

然而，基于高能束流的3D打印铝铜锰合金热裂敏感性高，极易产生热裂纹缺陷，剧烈降低材料的成形性和力学性能。

因此，开发一种具有无热裂纹、优异的力学性能且制备方法简单高效的铝铜锰多孔复合材料及其制备方法仍具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝铜锰多孔复合材料及其制备方法和用途。本发明所述铝铜锰多孔复合材料的制备方法以铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物为原料，经3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料；所得铝铜锰多孔复合材料具有无热裂纹且高强度的特性；本发明所述方法得到的铝铜锰多孔复合材料的孔隙率为1～30％；其显微硬度为60-80HV。

为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种铝铜锰多孔复合材料的制备方法，所述方法包括将铝铜锰合金粉与纳米金属氧化物混合，进行3D打印，得到所述铝铜锰多孔复合材料。

传统方法中在对铝铜锰合金直接进行激光烧结，其制备过程中通过调整工艺参数，如激光功率，并不能消除裂纹，其产品难以得到稳定且优异的力学性能，从而得到的铝铜锰多孔复合材料的性能不够理想；而本发明所述方法在铝铜锰多孔复合材料的制备过程中，在铝铜锰合金粉中混合纳米金属氧化物，所述纳米金属氧化物能在高温微熔池中与Al发生原位反应，其与Al反应原位反应为TiO₂+Al→Al₂O₃+Al₃Ti，从而生成熔点在2000℃以上的高硬度金属间化合物，且金属间化合物的尺寸＜500nm，从而强化合金，使得所得铝铜锰多孔复合材料具有高强度，同时避免热裂纹的出现。

本发明所述方法通过在铝铜锰合金粉末中添加纳米金属氧化物颗粒，再以激光烧结，在高温微熔池中发生化学反应，发挥其“原位复合”和“原位合金化”的作用，既能作为一种高效的异质形核剂，细化晶粒，抑制热裂产生，在基体中制造原位增强相复合，又能使纳米金属氧化物颗粒内的金属元素固溶在基体中，还能通过调整3D打印过程的参数来控制基体的孔隙率大小，获得一种原位复合原位合金化铝铜锰多孔复合材料，直接获得稳定、均匀、具有低密度高强度特性的铝铜锰多孔复合材料。