[发明专利]原位铝基复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种原位铝基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：在纯铝中加入高温覆盖剂，进行熔炼，得到熔体；向所述熔体中加入KBF₄和KTiF₆，混匀进行反应；除去副产物后，依次加入铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯镁，并加入无害铝合金精炼剂，在700～850℃下依次进行除气精炼和气雾化，得到原位自生TiB₂颗粒增强的Al‑Cu‑Mg复合材料粉末。本发明制备出了能同时具备高激光吸收率，颗粒球形率高的铝基复合材料粉末，且工艺操作简单易行，低成本高效率，适合进行批量生产。

技术领域

本发明涉及一种原位铝基复合材料的制备方法，属于材料技术领域。

背景技术

近年来，兵器制造、航空航天等高端装备领域的迅速发展对材料的性能和制备提出了越来越苛刻的要求：结构材料除了要具备高的比刚度和比模量以外，还得有高塑性和高强度。目前，大型飞机等装备制造行业对大型、精密、结构复杂的轻质高强韧合金构建的需求越来越迫切，以满足其对高性能、高可靠性以及高经济性和高环保性的需要。激光增材制造技术能很好应对以上航空航天等高端制造领域的关键技术难题，得到了工业界越来越多的青睐。

目前制备预合金化粉末的方法主要为雾化法和旋转电极法，虽然它们已经实现了商业化，但受制于激光吸收率等关键技术指标的限制，目前可提供的合金粉末种类有限。特别是在铝合金激光增材制造领域，鉴于铝合金较低的激光吸收率，目前适于激光增材制造的铝合金粉末仅限于Al-Si体系，严重制约了铝基材料在激光增材制造领域的应用。目前，利用该类商业化粉末制备出来的零部件已具备较高尺寸精度，并在航空航天、医疗等领域获得了一些应用。例如美国GE航空发动机业务部门利用激光增材制造实现其零部件的轻量化生产，以及通过产品设计优化和免组装的整体式制造来提升航空零部件的性能。其制造的传感器外壳得到了美国联邦航空部的认证，已被安装在超过400个GE90-94B航空发动机中。GE航空GE90/GE9X的负责人曾表示，使用铸造等传统制造方法研发这样一个零部件需要几年时间，而新技术的使用则让产品开发周期缩短了一年的时间。但是制备的零件易产生较高的残余应力及微米级别的裂纹及孔洞等缺陷，从而降低材料的疲劳强度、塑性和韧性，导致零件生产成品率低、可靠性不足且成本高居不下。因此传统的商业化合金粉末不能完全满足高性能零部件的制造。

发明内容

本发明针对上述材料体系限制及改进需求，提出了一种激光增材制造用2XXX系原位铝基复合材料粉末及制备方法，制备出了能同时具备高激光吸收率，颗粒球形率高的铝基复合材料粉末，且工艺操作简单易行，低成本高效率，适合进行批量生产。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种原位铝基复合材料的制备方法，其包括如下步骤：

在纯铝中加入高温覆盖剂，进行熔炼，得到熔体；

向所述熔体中加入KBF₄和KTiF₆，混匀进行反应；

除去副产物后，依次加入铝铜中间合金、铝锆中间合金、铝钪中间合金、铝锰中间合金、铝钛中间合金和纯镁，并加入无害铝合金精炼剂，在700～850℃下依次进行除气精炼和气雾化，得到原位自生TiB₂颗粒增强的Al-Cu-Mg复合材料；

将所述原位自生TiB₂颗粒增强的Al-Cu-Mg复合材料进行合金元素的均匀化热处理。

作为优选方案，所述熔体的温度为650～950℃。

作为优选方案，所述KBF₄、K₂TiF₆的质量比为1:(0.5～1:2)。

作为优选方案，所述高温覆盖剂为JZF-03型高温覆盖剂。