[发明专利]一种微纳级Mg2Si颗粒增强铝合金粉末及其制备方法

说明书

本发明涉及一种微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)配制纯铝、纯铜、纯镁和铝硅中间合金作为原料；(2)先熔化步骤(1)配好的纯铝，再向熔体中依次加入步骤(1)配好的铝硅中间合金、纯铜和纯镁进行熔炼，通过原位反应在熔体中生成Mg₂Si颗粒；(3)采用气体雾化法将步骤(2)得到的熔体制成粉末。本发明还涉及所述制备方法制得的微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末。本发明通过原位自生的方式在铝基体中引入弥散分布的微纳级Mg₂Si颗粒作为增强相，从而提高增材制造用铝合金的力学性能，制得的微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末尤其适用于增材制造技术。

技术领域

本发明涉及合金技术领域，特别是涉及一种微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末及其制备方法。

背景技术

增材制造技术是集成计算机辅助技术与激光加工于一体的一种快速成型技术。随着工业设计中越来越多地采用异形、复杂、整体结构件，传统的铸造、焊接、锻压和机加工等技术已逐渐难以满足应用需求，而增材制造技术依据零部件的三维CAD切片模型直接成型高性能、致密度接近100％的三维金属零件，可以快速制造出无余量的原型件。因此，增材制造技术在当今制造业中越来越具有竞争力，也是国内外重点突破的新型材料制造技术。

增材制造材料众多，包括钛合金、高温合金、不锈钢及铝合金等，并逐步在航空关键部件、机动车零件、生物医用器官等领域大量应用。由于铝合金粉末易氧化、流动性差，铺粉时易产生团聚，并且具有较高激光发射率、热导率等特点，导致铝合金的增材制造工艺较为困难，使得相关研究进展比较缓慢。目前，对增材制造铝合金的研究也主要集中在Al-Si基合金和少量变形铝合金方面，相关材料体系相当有限，现有的铝合金应用于增材制造技术得到零件的力学性能无法达到高强度的要求。

因此，设计合适的材料体系来提高铝合金的力学性能，并采用相应工艺方法来制备适用于增材制造技术的铝合金粉末，对增材制造技术的发展与应用具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末的制备方法，通过原位自生的方式在铝基体中引入弥散分布的微纳级Mg₂Si颗粒作为增强相，从而提高增材制造用铝合金的力学性能，制得的微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末尤其适用于增材制造技术。

本发明采取的技术方案如下：

一种微纳级Mg₂Si颗粒增强铝合金粉末的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制纯铝、纯铜、纯镁和铝硅中间合金作为原料；

(2)先熔化步骤(1)配好的纯铝，再向熔体中依次加入步骤(1)配好的铝硅中间合金、纯铜和纯镁进行熔炼，通过原位反应在熔体中生成Mg₂Si颗粒；

(3)采用气体雾化法将步骤(2)得到的熔体制成粉末。

本发明的制备方法中，利用原位生成的Mg₂Si颗粒作为增强相，其为金属间化合物，与铝基体的界面结合强度高；由于Mg₂Si颗粒为原位生成并且冷却速度较高，因此颗粒尺寸十分细小，达到微纳级，作为增强相弥散分布于铝基体中，对铝合金起到有效的强化作用；原位反应为金属元素之间的扩散，无杂质、气体或反应残余物生成，从而确保熔体的洁净度和最终所得铝合金的性能。

进一步地，步骤(1)中的纯铝、纯铜和纯镁的纯度均大于99.95％，铝硅中间合金中硅的质量百分比为30％。

进一步地，步骤(1)还包括：将配好的原料置于电阻炉中以200～300℃预热2小时以上。