[发明专利]两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末及其制备方法与应用。该粉末包含铝合金粉末、纳米陶瓷颗粒TiB₂和超细陶瓷颗粒SiC。所述制备方法包括以下步骤：气雾化制备铝合金粉末；高能球磨制备纳米TiB₂颗粒、超细SiC颗粒；均匀混合、低能球磨得到所述两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末。本发明通过球磨工艺，制备出球形度良好、陶瓷颗粒分布较均匀的铝基复合粉末，应用于3D打印领域，能促进3D打印过程中熔池的非均匀形核，改变熔体凝固方式，细化了晶粒，提高SLM成形铝基复合材料的强度和硬度，保持材料较好的塑性，得到综合力学性能优良的SLM成形铝基复合材料。

技术领域

本发明属于金属3D打印及粉末冶金技术领域，具体涉及两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用用铝基复合粉末及其制备方法与应用。

背景技术

作为典型的颗粒增强金属基复合材料，颗粒增强铝基复合材料兼备铝合金与陶瓷的优良特性，具有质量轻、高比强、高比模、热膨胀系数低、尺寸稳定性高，且耐高温、抗疲劳磨损等一系列优点。目前，铝基复合材料的制备方法包括粉末冶金法、搅拌铸造法、喷射共沉积法、液态金属浸透法等。但传统制造方法存在加工的工艺过程复杂，成形过程中润湿性不好、易产生脆性相等缺点，制约了铝基复合材料的进一步发展及应用。

激光选区熔化成形（SLM）能直接获得致密度高、具有较高尺寸精度和良好冶金结合的零件，实现结构复杂金属零件的近净成形。且激光选区熔化成形是一个高度非平衡动态冶金过程，其加工成形温度很高，较高的温度有利于提高陶瓷与金属之间的润湿性，同时可有效避免成形过程中脆性相的产生，促进稳定相的产生，制备出性能优良的铝基复合材料。但采用传统的高能球磨工艺制备出的3D打印用铝基复合粉末，球形度较低，流动性较差，不利于激光选区熔化成形（SLM）过程中铺粉或送粉的顺利进行，最终影响成形件的成形质量。

目前，国内外报道的3D打印用铝基复合粉末均为单一陶瓷颗粒修饰的铝基复合粉末，而两种超细陶瓷颗粒混杂修饰的3D打印用铝基复合粉末未见报道。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末及其制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

本发明要解决的技术问题在于，针对现有的激光选区熔化成形设备工艺特点以及铸造铝合金材料特性，提供一种改性3D打印用铝合金粉末的制备方法，尤其是两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末的制备方法。本发明改善传统的高能球磨工艺，通过低能球磨工艺，实现两种超细陶瓷颗粒在微米铝合金球形粉末表面的可靠组装修饰，制备出了球形度良好、陶瓷颗粒分布较均匀的3D打印用铝基复合粉末。在本发明中，若球磨转速小于200r/min，则是低能球磨；若球磨转速不小于200r/min，则是高能球磨。

TiB₂陶瓷颗粒促进微熔池的非均匀形核，有利于形成细小的等轴晶，对基体起细晶强化和弥散强化的作用。同时，SiC陶瓷颗粒对基体起弥散强化的作用。超细陶瓷颗粒可提高铝基复合材料的强度和硬度，同时保持材料较好的塑性，最终获得综合力学性能优良的3D打印铝基复合材料，此材料适用于金属3D打印中的激光选区熔化成形（SLM）。

本发明进一步要解决的技术问题在于，提供一种制备工艺简单、复合粉末球形度高、两种超细陶瓷颗粒分布较均匀、晶粒细化效果显著的3D打印用铝基复合粉末及其制备方法。

本发明提供的两种超细陶瓷颗粒组装修饰的3D打印用铝基复合粉末，包含以下质量分数的材料：

铝合金粉末95%-97%；

纳米TiB₂陶瓷颗粒2%；

超细SiC陶瓷颗粒1%-3%。

进一步地，所述铝合金粉末颗粒为球形，粒径为15-53μm，含氧量500ppm。