[发明专利]一种原位合成增强型增材复合粉末、制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种原位合成增强型增材复合粉末、制备方法及用途，通过化学溶胶‑凝胶法以钛酸酯作为钛源前驱体，与水解抑制剂共同在去离子水中溶解反应形成二氧化钛溶胶，使均匀分散态的单层石墨烯粉末在二氧化钛溶胶中进行表面包覆得到TiOsubgt;2/subgt;@石墨烯溶胶包覆型粉末，再将TiOsubgt;2/subgt;@石墨烯溶胶包覆型粉末与铝合金粉末进行真空机械球磨混合制备成用于增材制造的原位合成增强型增材复合粉末。以本发明方法制备的粉末材料在应用于激光加工成形时，石墨烯与TiOsubgt;2/subgt;可在铝熔体中紧密接触并充分反应，原位合成Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;和TiC陶瓷增强体，可显著改善铝合金粉末的激光能量利用率；原位自生增强体更利于提高复合材料的综合性能，并且制备过程清洁无污染。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，涉及一种增材制造粉末制备技术，具体涉及一种原位合成增强型增材复合粉末、制备方法及用途。

背景技术

以铝合金为代表的轻质高强材料，在国防军工、航空航天、汽车制造和能源电力等领域存在重大应用需求。基于此形成的陶瓷增强铝基复合材料同时结合了陶瓷体和铝合金基体的有益性能，以其高比强度、高比刚度、低密度、良好的耐蚀性和耐磨性等特性而受到工程技术领域的密切关注。面对先进制造用零部件的结构设计日趋复杂，传统铸造、挤压和锻造制坯等模具成形制备方法弊端十分明显，如自由度低、加工周期长、制备与成形过程分离等，难以满足各类严苛的效率要求，复合材料的生产应用受到一定限制。

激光增材制造(3D打印)技术可根据三维模型截面的二维轮廓信息规划扫描路径，利用高能密度激光束将粉末或丝材熔化并逐层堆积凝固成三维实体，用于实现复杂结构零部件的直接近净成形。长期以来，通过激光增材制造技术制备多相陶瓷增强铝基复合材料时，主要采用外加增强相法将陶瓷颗粒直接与铝合金粉末机械混合，或者在气雾化制粉过程中引入不同类型的纳米陶瓷颗粒，以实现对多相陶瓷增强铝基复合材料用粉末的制备。陶瓷增强体多数选自晶格匹配的难熔金属氧化物、碳化物、硼化物以及氮化物等，如Al₂O₃、SiC、B₄C、ZrH₂、TiC、TiN、TiB₂、ZrB₂中的多种组合。然而，外加增强相法尽管能够提高复合材料的部分性能指标，但异位增强体与基体之间较差的润湿性、过低的界面结合强度以及热膨胀系数等差异，将不可避免地恶化复合材料的其它性能，致使后处理成本增加，不利于复合增强材料的快速制备生产。

现有技术中激光增材制造制备原位复合材料的共性原理是传统熔铸法结合雾化制粉，借助氟硼酸钾(KBF₄)或氟锆酸钾(K₂ZrF₆)与氟钛酸钾(K₂TiF₆)进行混合氟盐反应，TiB₂或ZrB₂陶瓷增强体颗粒在铝熔体中原位形成并制得复合铸坯，进一步将铸坯通过真空气雾化法制备成原位复合材料粉末。由于涉及一系列精炼、扒渣等冶金过程，KBF₄与K₂ZrF₆等氟盐极易分解或水解形成剧毒物质污染环境，粉末制备过程耗时费力且仅局限于合成一种原位陶瓷相。由上述方法原位合成的陶瓷增强体极易偏聚且尺寸不易控制，不利于提高铝基复合材料的综合性能。

发明内容