[发明专利]一种纳米双相增强的铝基复合材料及其3D打印成形方法

说明书

本发明公开了一种纳米双相增强的铝基复合材料及其3D打印成形方法，属于复合材料制备技术领域，解决了采用现有铝基复合材料进行3D打印得到的材料不能满足航空航天、汽车工业等领域对高强韧的要求的技术问题。本发明同时将纳米TiC和ZrO₂颗粒加入到合金基体中，通过调整TiC、ZrO₂以及铝合金基体的混合比例，可最大化的实现铝合金金属基复合材料的增强增韧效果，实现最佳的强韧性匹配，因此提高了材料对激光的吸收率，在增材制造成形过程中，采用低激光功率、低扫描速率的成形工艺即可获得残余应力小、致密度高的铝合金组织。

技术领域

本发明属于复合材料制备技术领域，具体涉及一种纳米双相增强的铝基复合材料及其3D打印成形方法。

背景技术

激光选区熔化(SLM)技术是一种3D打印技术，基于分层制造、层层叠加的成性原理，根据三维计算机辅助设计(CAD)数字模型，采用高功率密度激光束对金属粉末逐点、逐线、逐层熔化，从而获得高性能、近乎全致密的金属零件，是一种增材制造(AM)技术。由于激光光斑极小、扫描速度极快，且粉层层厚薄，SLM技术广泛运用于制造结构复杂、精密的一体成形件。SLM技术作为目前应用最为广泛的3D打印技术之一，应用领域不仅仅局限于航空航天等领域，已经逐步拓宽到能源动力、轨道交通、电子、汽车、医疗、模具等领域，越来越多的企业将其作为技术转型方向，用于突破研发瓶颈、解决设计难题或直接生产最终零部件，助力智能制造、绿色制造等新型制造模式。目前通过SLM技术可制造的材料主要包括铝合金、不锈钢、钛合金、钴铬合金、镍基高温合金材料；目前可应用于SLM技术的铝合金材料主要为AlSi₁₀Mg、Al₁₂Si等材料，但制备出的材料的力学性能不能满足航空航天、汽车工业等领域对高强韧的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种纳米双相增强的铝基复合材料及其3D打印成形方法，用以解决采用现有铝基复合材料进行3D打印得到的材料不能满足航空航天、汽车工业等领域对高强韧的要求的技术问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种纳米双相增强的铝基复合材料，其成分包括：TiC、ZrO₂和余量的铝合金；

其中TiC的质量百分比大于0小于10wt％、ZrO₂的质量百分比大于0小于10wt％；所述铝合金为AlSi₁₀Mg。

本发明还公开了上述纳米双相增强的铝基复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将TiC粉末、ZrO₂粉末和铝合金粉末机械混合后进行干燥处理，得到成分为TiC、ZrO₂、余量的铝合金的双相增强的铝基复合材料，其中TiC的质量百分比大于0小于10wt％、ZrO₂的质量百分比大于0小于10wt％；所述铝合金为AlSi₁₀Mg。

进一步地，所述机械混合采用球磨机进行，所述机械混合的工艺参数为：球磨机的转速为100～300r/min，机械混合的时间为5～24h。

进一步地，所述干燥的温度为80℃～120℃，干燥的时间为4h～12h。

进一步地，所述TiC粉末和ZrO₂粉末的粒径大小分别为10～500nm、5～30nm。

本发明还公开了采用上述制备方法制备得到的纳米双相增强的铝基复合材料的3D打印激光成形方法，包括以下步骤：

将得到的纳米双相增强的铝基复合粉末加入到3D打印设备中进行3D打印激光成形，得到3D打印成形的纳米双相增强的铝基复合材料。

进一步地，所述纳米双相增强的铝基复合材料的粉末流动性安息角小于45°，粉末的球形度大于0.85。