[发明专利]一种铝合金粉末与制备方法及其在激光增材制造中的应用

说明书

本发明公开了一种铝合金粉末与制备方法及其在激光增材制造中的应用，其方法为采用气雾化方法将中间合金制成中间合金球形粉末，根据激光增材制造工艺对中间合金球形粉末进行筛分，将筛分后的中间合金球形粉末与Al‑Si合金的球形粉末进行混合；其中，中间合金为Al‑Ti‑C中间合金、Al‑Ti‑B中间合金或Al‑Ti‑C‑B中间合金的一种或几种。本发明方法制备的铝合金粉末适用于激光增材制造技术，可以极大地细化激光增材制造材料组织，并提高其力学性能。

技术领域

本发明属于金属材料领域及增材制造领域，涉及一种铝合金粉末与制备方法及其在激光增材制造中的应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

激光增材制造技术采用激光束对金属粉末进行逐层熔化/凝固累积成型，可以根据三维模型直接制造出复杂的金属构件。作为一种新型的智能制造技术，激光增材制造在国内外受到了极大的关注并快速发展。激光增材制造铝合金不仅能够通过结构优化实现结构减重，同时由于铝合金本身密度较低，可以实现材料减重。因此激光增材制造铝合金在航空航天、交通运输等领域具有广泛的应用前景。然而，目前适配于激光增材制造的铝合金粉末一般为Al-Si系列，属于铸造铝合金体系，总体上强度低、塑性差，不能满足航空航天等领域对轻质高强高韧合金构件的需求。因此，发展适配于激光增材制造的高强度铝合金粉材体系具有重要意义。

引入形核质点促进激光增材制造快速凝固过程中铝合金晶粒形核，是细化铝合金组织，抑制热裂纹，提高其强度的有效手段。空中客车公司下属APWorks公司通过向5×××系列铝合金中加入Sc元素，在凝固过程中形成Al₃Sc颗粒作为形核质点，进而细化铝合金组织提高其强度。然而，Sc元素较为昂贵，上述方法极大地增加了材料成本。文献(Martin etal.,Nature,2017,549:365-369)表明，加入Zr元素可以极大地提高激光选区熔化7075系列铝合金的性能。然而，在上述方法中，元素Zr需要以ZrH₂粉末的形式加入。H元素的引入会给材料的力学性能及疲劳性能带来不利影响。

近年来，采用原位反应在铝合金基体中引入TiB₂颗粒来提高激光增材制造铝合金的强度，受到了广泛的关注。专利申请CN108372292A公开了“一种激光增材制造用铝基复合材料粉末及其制备方法”，专利申请CN108315577A公开了“激光增材制造用7×××系原位铝基复合材料粉末及制备”，专利申请CN108380865A公开了“激光增材制造用6×××系原位铝基复合材料粉末及制备”，专利申请CN108330347A公开了“基于激光选区熔化制备铝基复合材料的制备方法”，专利申请CN108356259A公开了“一种纳米铝基复合材料粉末及其制备方法”。上述专利所公开的方法均采用熔盐反应在铝合金基体中原位生成TiB₂增强相。依据公开发表的文献(X.Li et al.,ActaMaterialia,2017,129:183-193.)，采用上述采用熔盐反应的方法需要加入较多的TiB₂颗粒方能取得良好的效果。然而，发明人研究发现，TiB₂颗粒在材料中的团聚会损害整体构件的疲劳性能。另外，熔盐反应会带来环境污染等问题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铝合金粉末与制备方法及其在激光增材制造中的应用，将Al-Ti-C、Al-Ti-B或者Al-Ti-C-B中间合金粉末的一种或多种与常用的Al-Si合金(如AlSi10Mg，AlSi7Mg，AlSi12等)粉末机械混合，通过引入TiC或/和TiB₂纳米颗粒作为形核质点，促进凝固过程中铝合金晶粒形核，从而细化铝合金组织，提高最终铝合金构件强度及塑性。本发明能够避免采用熔盐反应的方法，并且该方法工艺简单易行、成本低、效率高，适合大规模批量生产。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：