[发明专利]一种采用增材制造技术制备铝合金金刚石复合材料的方法

说明书

一种采用增材制造技术制备铝合金金刚石复合材料的方法，属于复合材料制备技术领域。本发明为了解决在制备过程中金刚石、铝合金界面结合差等问题，将天然金刚石依次用去离子水和酒精进行超声清洗，盐酸中搅拌30min，烘干；将金刚石与钛粉按照5‑10：1的摩尔比均匀混合，随后加入氯化钠，在10^‑3MPa的真空条件下反应1.5‑2.5小时；将表面处理过的金刚石与铝合金粉体在氩气环境下搅拌混合20‑30min；在氩气保护气氛中，通过选取匹配的激光条件与钨基板预热，进行反应；将样件在300‑350℃下退火2小时，随炉冷却。本发明较好的解决了金刚石和金属之间较差的界面、孔隙率高、金刚石在激光下碳化等问题，实现了铝合金金刚石复合材料的制备。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种采用增材制造技术制备铝合金金刚石复合材料的方法。

背景技术

随着集成技术和微电子封装技术的发展，电子元器件的总功率密度持续增长，而电子元器件和电子设备的物理尺寸却逐渐趋向于小型、微型化。电子元器件所产生的热量迅速积累，必将会影响到电子元器件和设备的性能，对其进行有效散热势在必行。基于此，现阶段常采用包括导热、对流和辐射散热等多种热管理方法，利用导热管，热界面材料等方式大幅提高了电子元器件的散热效能。但未来微电子的发展对于高效热管理提出了更高的要求，尤其是在航天航空，武器装备制造等狭窄空间，要求材料在具有高热导率的同时，能够承载并兼具较低的密度。如何低成本制造高强度、高热导、低质量一体化材料解决电子器件散热问题已演变成为未来电子元器件制造的一大焦点。

以铝合金为代表的合金材料轻质高强、密度低，符合便携式电子产品、航天航空等领域的轻量化要求。但铝合金热导率差160-230W/m·K，不能直接用于电子元器件封装散热。金刚石有着极高的导热系数(1600W/m·K～2000W/m·K)是铜的4～5倍、铝的8～9倍。但金刚石硬度高、韧性差、价格昂贵，通常难以直接将其应用于散热器件中。因此选用铝合金为基体，将其与金刚石复合，制备金刚石颗粒增强金属基复合材料，则可使基体材料导热系数成倍提高的同时，满足高强度、低质量的需求。

目前国外主流的制备铝合金/金刚石复合材料制备工艺仍然以粉末冶金为主，如放电等离子烧结(SPS)、高压气体辅助熔渗工艺(GPI)等传统工艺。虽然产品力学性能优异，热导高，但是这些工艺目前只能实现简单形状的复合材料成形加工。对于复杂异形件成形，则需后续加工，不仅面临着金刚石坚硬难以加工造成产品成本大幅上升，而且难以实现差异化、个性化生产。这极大地限制了铝合金金刚石复合材料的应用范畴。而近年来热门的金属增材制造技术(俗称金属3D打印)，似乎为解决该问题提供了一种新思路。

增材制造被视为“自下而上”通过材料累加成型的制造方法，在制备复杂异构的材料上的优势无可匹敌。经过近几年来发展，金属增材制造已经成功应用于工具钢、不锈钢、钛合金、铝合金、镍基合金、铜基合金等领域。虽然方兴未艾，但铝合金金刚石复合材料应用于增材制造的报道凤毛麟角。其难以实现最主要原因在于金刚石和金属之间较差的界面、孔隙率高、金刚石在激光下碳化、金刚石在激光熔池内流动性差等问题。但可以预计，以铝合金金刚石复合材料增材制造为例的成功，势必会推进其他异构体金刚石合金复合材料低成本、高精度制备发展和低门槛普及，引起新一波金刚石合金复合材料产业发生变革。

发明内容

本发明的目的是为了解决在制备过程中金刚石、铝合金界面结合差、金刚石碳化等问题，提供一种采用增材制造技术制备铝合金金刚石复合材料的方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种采用增材制造技术制备铝合金金刚石复合材料的方法，所述方法步骤为：

步骤一：金刚石前处理：将粒径30-50微米的天然金刚石依次用去离子水和酒精进行超声清洗，将处理过的金刚石在50～80℃，浓度为0.5～1mol的盐酸中搅拌30min，随后采用去离子水反复洗涤，直至下清液pH＝7，在60～80℃烘干8～12小时；